(57)【要約】  偏光導光板は、端面から入射した光が内部を伝播する導光体１０と、導光体１０の一方の面に形成された１／４波長板１１と、導光体１０の他方の面に設けられた反射層１２と、上記一方の面と対向するように、導光体１０内に設けられた複数の屈折部１３、１４とを有する。屈折部１３は、第１の偏光に対する屈折率が導光体１０の屈折率より大きく、かつ、偏光状態が上記第１の偏光と異なる第２の偏光に対する屈折率が導光体１０の屈折率と同じとされている。屈折部１４は、第１の偏光に対する屈折率が導光体１０の屈折率より小さく、かつ、第２の偏光に対する屈折率が導光体１０の屈折率と同じとされている。屈折部１３、１４は、上記端面に垂直な方向と交差する第１の方向に交互に配置されている。
2011118563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
端面から入射した光が内部を伝播する導光体と、
前記導光体の一方の面に形成された１／４波長板と、
前記導光体の前記一方の面と対向する他方の面に設けられた反射層と、
第１の偏光に対する屈折率が前記導光体の屈折率より大きく、かつ、偏光状態が前記第１の偏光と異なる第２の偏光に対する屈折率が前記導光体の屈折率と同じである複数の第１の屈折部と、
前記第１の偏光に対する屈折率が前記導光体の屈折率より小さく、かつ、前記第２の偏光に対する屈折率が前記導光体の屈折率と同じである複数の第２の屈折部と、を有し、
前記複数の第１および第２の屈折部は、前記一方の面と対向するように、前記導光体内に設けられており、少なくとも、前記端面に垂直な方向と交差する第１の方向に、該第１の屈折部と該第２の屈折部が交互に配置されている、偏光導光板。
【請求項２】
前記第１および第２の屈折部は、直方体形状であり、前記導光体の前記他方の面に形成されている、請求項１に記載の偏光導光板。
【請求項３】
前記第１の屈折部において、前記導光体の前記一方の面側に位置する第１の面から入射し、該第１の面に隣接する第２の面から出射するという出射条件を満たす前記第１の偏光の光が、前記１／４波長板を通過する、請求項２に記載の偏光導光板。
【請求項４】
前記第１の屈折部を前記導光体の前記一方の面および端面のそれぞれと直交する平面に垂直な方向から見た場合に、前記端面に垂直な方向における前記第１の屈折部の長さをＢとし、前記一方の面に垂直な方向における前記第１の屈折部の高さをＨとし、前記第１の屈折部において、前記第１の偏光の光が前記第１の面から入射し、前記反射層を介して前記第２の面から出射する場合の、前記第１の偏光の光の前記反射層に対する角度をθ２とするとき、
【数１】
2011118563.tif 000010
の条件を満たす、請求項３に記載の偏光導光板。
【請求項５】
前記第１の屈折部を前記導光体の前記一方の面および端面のそれぞれと直交する平面に垂直な方向から見た場合に、前記一方の面に垂直な方向における前記第１の屈折部の高さをＨとし、前記第１の屈折部と前記端面に垂直な方向において前記第１の屈折部と隣接する屈折部との間隔をＱとし、前記第１の屈折部において、前記第１の偏光の光が前記第１の面から入射して前記第２の面から出射する場合の出射角度をφ１とするとき、
【数２】
2011118563.tif 000011
の条件を満たす、請求項３に記載の偏光導光板。
【請求項６】
前記第２の屈折部において、前記導光体の前記端面と対向する第１の面から入射し、前記導光体の前記一方の面側に位置する第２の面から出射する出射条件を満たす前記第１の偏光の光が、前記１／４波長板を通過する、請求項２に記載の偏光導光板。
【請求項７】
前記第２の屈折部を前記導光体の前記一方の面および端面のそれぞれと直交する平面に垂直な方向から見た場合に、前記端面に垂直な方向における前記第２の屈折部の長さをｂとし、前記一方の面に垂直な方向における前記第２の屈折部の高さをｈとし、前記第２の屈折部において、前記第１の偏光の光が前記第１の面から入射し、前記反射層を介して前記第２の面から出射する場合の、前記第１の偏光の光の前記反射層に対する角度をθ２’とするとき、
【数３】
2011118563.tif 000012
の条件を満たす、請求項６に記載の偏光導光板。
【請求項８】
前記第２の屈折部を前記導光体の前記一方の面および端面のそれぞれと直交する平面に垂直な方向から見た場合に、前記一方の面に垂直な方向における前記第２の屈折部の高さをｈとし、前記第２の屈折部と前記端面に垂直な方向において前記第２の屈折部と隣接する屈折部との間隔をｑとし、前記第１の偏光の光が前記反射層を介して前記第２の屈折部の前記第１の面から入射する場合の、前記第１の偏光の光の前記反射層に対する角度をφ０とするとき、
【数４】
2011118563.tif 000013
の条件を満たす、請求項６に記載の偏光導光板。
【請求項９】
前記第１および第２の屈折部は、直方体形状であり、前記導光体内部の、前記一方の面と前記他方の面の間に形成されている、請求項１に記載の偏光導光板。
【請求項１０】
前記第１の屈折部において、前記導光体の前記一方の面側に位置する第１の面から入射して、該第１の面と対向する第２の面から出射し、その後、前記反射層を介して、前記第２の面から入射して、前記第１および第２の面に隣接する第３の面から出射するという出射条件を満たす前記第１の偏光の光が、前記１／４波長板を通過する、請求項９に記載の偏光導光板。
【請求項１１】
前記第１の屈折部において、前記導光体の前記一方の面側に位置する第１の面から入射して、該第１の面に隣接する第２の面から出射するという出射条件を満たす前記第１の偏光の光が、前記１／４波長板を通過する、請求項９に記載の偏光導光板。
【請求項１２】
前記第２の屈折部において、前記導光体の前記端面と対向する第１の面から入射し、前記導光体の前記一方の面側に位置する第２の面から出射する出射条件を満たす前記第１の偏光の光が、前記１／４波長板を通過する、請求項９に記載の偏光導光板。
【請求項１３】
前記第２の屈折部において、前記導光体の前記端面と対向する第１の面から入射し、前記導光体の前記一方の面側に位置する第２の面と対向する第３の面から出射するという出射条件を満たす前記第１の偏光の光が、前記１／４波長板を通過する、請求項９に記載の偏光導光板。
【請求項１４】
前記第２の屈折部において、前記導光体の前記端面と対向する第１の面から入射し、前記導光体の前記一方の面側に位置する第２の面と対向する第３の面から出射し、その後、前記反射層を介して、前記第３の面から入射して、前記第２の面から出射するという出射条件を満たす前記第１の偏光の光が、前記１／４波長板を通過する、請求項９に記載の偏光導光板。
【請求項１５】
前記端面に垂直な方向における前記第１および第２の屈折部の間隔が、前記端面から離れるに従って大きくなっている請求項１に記載の偏光導光板。
【請求項１６】
前記端面に垂直な方向における前記第１および第２の屈折部の長さが、前記端面から離れるに従って大きくなっている請求項１に記載の偏光導光板。
【請求項１７】
前記第１および第２の屈折部の、前記一方の面に垂直な方向における厚さが、前記端面から離れるに従って厚くなっている請求項１に記載の偏光導光板。
【請求項１８】
前記端面に垂直な方向における前記第１の屈折部の長さが、前記端面に垂直な方向における前記第２の屈折部の長さよりも長く、前記第１の方向における前記第１の屈折部の長さが、前記第１の方向における前記第２の屈折部の長さよりも長い、請求項２または９に記載の偏光導光板。
【請求項１９】
前記第１の方向に隣接する前記第１および第２の屈折部を前記導光体の前記一方の面に垂直な方向から見た場合に、前記第１の屈折部の、前記導光体の前記端面側の第１の辺および該第１の辺と対向する第２の辺をそれぞれ延長した線の間に、前記第２の屈折部が配置されている、請求項１８に記載の偏光導光板。
【請求項２０】
前記第１の方向に隣接する前記第１および第２の屈折部を前記導光体の前記一方の面に垂直な方向から見た場合に、前記第１の方向における前記第１および第２の屈折部の長さをそれぞれＡ、ａとし、前記第１および第２の屈折部の対向する第１の側面の間の間隔をＰとし、前記第１および第２の屈折部の前記端面側に位置する第２の側面の間の間隔をＤとし、前記導光体の屈折率をｎ０とし、前記第１の屈折部の前記第１の偏光に対する屈折率をｎ１とし、前記第１の屈折部において、前記第１の偏光の光が前記第２の側面から入射して前記第１の側面から出射する場合の、入射光の前記第２の側面に対する角度をφ０、出射光の前記第１の側面に対する角度をφ１とするとき、
【数５】
2011118563.tif 000014
の条件を満たす、請求項２または９に記載の偏光導光板。
【請求項２１】
前記第１の方向に隣接する前記第１および第２の屈折部を前記導光体の前記一方の面に垂直な方向から見た場合に、前記第１の方向における前記第１の屈折部の長さをＡとし、前記第１の方向と直交する第２の方向における前記第１の屈折部の長さをＢとし、前記第１および第２の屈折部の対向する第１の側面の間の間隔をＰとし、前記第１および第２の屈折部の前記端面側に位置する第２の側面の間の間隔をＤとし、前記第１の屈折部において、前記第１の偏光の光が前記第１の側面から入射して前記第１の側面と対向する第３の側面から出射する場合の、入射光の前記第２の側面に対する角度をφ０、前記第２の側面から入射して前記第１の屈折部内を伝播する光の前記第１の方向とのなす角度をθ３とするとき、
【数６】
2011118563.tif 000015
の条件を満たす、請求項２または９に記載の偏光導光板。
【請求項２２】
前記第１の方向に隣接する前記第１および第２の屈折部を前記導光体の前記一方の面に垂直な方向から見た場合に、前記第１の方向と直交する第２の方向における前記第２の屈折部の長さをｂとし、前記第２の屈折部において、前記第１の偏光の光が、前記端面側に位置する第１の側面から入射して、該第１の側面に隣接する第２の側面から出射する場合の、入射光の前記端面に垂直な方向とのなす角度をφ１、前記第１の側面から入射して前記第２の屈折部内を伝播する光の前記第１の側面に対する角度をθ１’とするとき、
【数７】
2011118563.tif 000016
の条件を満たす、請求項２または９に記載の偏光導光板。
【請求項２３】
前記導光体の前記一方の面および端面のそれぞれと交差する平面に垂直な方向から見た場合の、前記導光体の断面形状が、くさび型の形状である、請求項１から２２のいずれか１項に記載の偏光導光板。
【請求項２４】
断面形状が三角形状の複数のプリズム部が平面上に形成されたプリズムシートを、さらに有し、
前記プリズムシートは、前記１／４波長板の、前記導光体側とは反対の側の面に対向するように配置されている、請求項１から２３のいずれか１項に記載の偏光導光板。
【請求項２５】
前記１／４波長板から出射された光の進行方向に設けられた別の１／４波長板を、さらに有する、請求項１から２４のいずれか１項に記載の偏光導光板。
【請求項２６】
請求項１から２５のいずれか１項に記載の偏光導光板と、
前記偏光導光板の端面に設けられた少なくとも１つの光源と、を有する照明装置。
【請求項２７】
請求項２６に記載の照明装置と、
前記照明装置から出射された光が照射される表示素子と、
前記表示素子によって形成された画像を投射する投射光学系と、を有する、投射型表示装置。
【請求項２８】
請求項２６に記載の照明装置より構成される、赤色、緑色、青色の各色の照明装置と、
前記赤色の照明装置から出射された赤色の光が照射される第１の表示素子と、
前記緑色の照明装置から出射された緑色の光が照射される第２の表示素子と、
前記青色の照明装置から出射された青色の光が照射される第３の表示素子と、
前記第１乃至第３の表示素子で表示される各色の画像を投射する投射光学系と、を有する、投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光性を有する光が出射される偏光導光板に関し、特に、携帯電話機等の表示装置や液晶プロジェクタに代表される投射型表示装置の偏光導光板に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、偏光性を有する光を出射する照明装置を開示している。この照明装置は、等方性の導波路と、導波路の端面に設けられたランプと、導波路のランプが設けられた側とは反対の側の端面に設けられた反射体と、導波路上に接着層を介して設けられた異方性層とを有する。【０００３】
異方性層において、導波路側の面は第１のプリズム面とされ、その反対側の面は第２のプリズム面とされている。第１のプリズム面は、断面が三角波の形状である微細構造が、第１の方向に沿って周期的に形成されたものである。第２のプリズム面は、照明装置の出射面であって、断面が三角波の形状である微細構造が、第１の方向と直交する第２の方向に沿って周期的に形成されている。【０００４】
上記の照明装置によれば、導波路から異方性層に向かう光のうち、第１の偏光光は第１のプリズム面にて屈折するが、偏光状態が第１の偏光光とは異なる第２の偏光光は第１のプリズム面をそのまま透過する。すなわち、第１のプリズム面は、入射した光（非偏光光）を第１および第２の偏光光に分離する作用を有する。【０００５】
第１のプリズム面で屈折した第１の偏光光は、第２のプリズム面から出射される。第２のプリズム面は、出射される第１の偏光光を所定の方向にコリメートする作用を有する。一方、第１のプリズム面を透過した第２の偏光光は、第２のプリズム面で導波路側の方向へ反射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００８−５４２９９１号公報
【発明の概要】
【０００７】
特許文献１に記載の照明装置においては、第２のプリズム面（出射面）からは、コリメート光（正面付近の出射光）だけでなく、発散光も出射される。例えば、特許文献１の図４ａには、出射光として、コリメート光の他に、水平角度が６０°〜７０°で、垂直角度が２０°〜４０°の発散光と、水平角度が−６０°〜−７０°で、垂直角度が２０°〜４０°の発散光が示されている。このように、特許文献１に記載の照明装置では、発散光による出射光の角度広がり（出射角）が大きいため、以下のような問題を生じる。
【０００８】
一般に、光源からの光を表示素子に照射し、表示素子で形成された画像を投射光学系によって投射する投射型表示装置においては、光源の光出射断面積と出射光の発散角とで決まるエテンデューによる制約を考慮した設計が要求される。すなわち、光源から出射した光の全てを投射光として利用するために、光源の光出射断面積と出射光の発散角との積の値を、表示素子の表示面積と投射光学系のＦナンバーで決まる取り込み角（立体角）との積の値以下にする必要がある。この条件を満たさない場合、光源からの光の一部は、投射光として利用されない。
【０００９】
特許文献１に記載の照明装置を投射型表示装置に適用した場合は、照明装置から出射された光の一部（発散光）は投射光として利用されないため、その分、照明装置から出射された光の利用効率が低くなる。
【００１０】
さらに、照明装置から出射された発散光が迷光となって装置外に漏れ出したり、その迷光が投射光学系に入射することで投射画像の画質が低下したりする。このため、そのような迷光を吸収または遮光する部材を投射型表示装置内に設ける必要があり、その分、装置コストが増大する。
【００１１】
本発明の目的は、上記のエテンデューの制約による問題や視野角依存性の問題を解決することができ、出射角の広がりを抑制することができる偏光導光板、それを用いた照明装置および投射型表示装置を提供することにある。
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の偏光導光板は、
端面から入射した光が内部を伝播する導光体と、
前記導光体の一方の面に形成された１／４波長板と、
前記導光体の前記一方の面と対向する他方の面に設けられた反射層と、
第１の偏光に対する屈折率が前記導光体の屈折率より大きく、かつ、偏光状態が前記第１の偏光と異なる第２の偏光に対する屈折率が前記導光体の屈折率と同じである複数の第１の屈折部と、
前記第１の偏光に対する屈折率が前記導光体の屈折率より小さく、かつ、前記第２の偏光に対する屈折率が前記導光体の屈折率と同じである複数の第２の屈折部と、を有し、
前記複数の第１および第２の屈折部は、前記一方の面と対向するように、前記導光体内に設けられており、少なくとも、前記端面に垂直な方向と交差する第１の方向に、該第１の屈折部と該第２の屈折部が交互に配置されている。
【００１３】
本発明の照明装置は、
上記の偏光導光板と、
前記偏光導光板の端面に設けられた少なくとも１つの光源と、を有する。
【００１４】
本発明の投射型表示装置は、
上記の照明装置と、
前記照明装置から出射された光が照射される表示素子と、
前記表示素子によって形成された画像を投射する投射光学系と、を有する。
【００１５】
本発明の別の投射型表示装置は、
上記の照明装置より構成される、赤色、緑色、青色の各色の照明装置と、
前記赤色の照明装置から出射された赤色の光が照射される第１の表示素子と、
前記緑色の照明装置から出射された緑色の光が照射される第２の表示素子と、
前記青色の照明装置から出射された青色の光が照射される第３の表示素子と、
前記第１乃至第３の表示素子で表示される各色の画像を投射する投射光学系と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態である偏光導光板の構成を示す模式図である。
【図２】図１に示す偏光導光板の屈折部の二次元の配置の一例を示す模式図である。
【図３Ａ】図１に示す偏光導光板の第１の屈折部における第１の偏光光に対する出射条件を説明するための模式図である。
【図３Ｂ】図１に示す偏光導光板の第１の屈折部における第１の偏光光に対する第１の導光条件を説明するための模式図である。
【図３Ｃ】図１に示す偏光導光板の第１の屈折部における第１の偏光光に対する第２の導光条件を説明するための模式図である。
【図３Ｄ】図１に示す偏光導光板の第１の屈折部における第１の偏光光に対する第３の導光条件を説明するための模式図である。
【図４Ａ】図１に示す偏光導光板の第２の屈折部における第１の偏光光に対する出射条件を説明するための模式図である。
【図４Ｂ】図１に示す偏光導光板の第２の屈折部における第１の偏光光に対する第１の導光条件を説明するための模式図である。
【図４Ｃ】図１に示す偏光導光板の第２の屈折部における第１の偏光光に対する第２の導光条件を説明するための模式図である。
【図４Ｄ】図１に示す偏光導光板の第２の屈折部における第１の偏光光に対する第３の導光条件を説明するための模式図である。
【図４Ｅ】図１に示す偏光導光板の第２の屈折部における第１の偏光光に対する第４の導光条件を説明するための模式図である。
【図５】図２に示すマトリクス状の配置を有する偏光導光板におけるＳ偏光およびＰ偏光の各偏光成分の光に対する動作を説明するための模式図である。
【図６】図１に示す偏光導光板における角度変換条件を説明するための模式図である。
【図７】図６に示す角度変換条件を満たす屈折部の大きさおよび間隔を説明するための模式図である。
【図８Ａ】図１に示す偏光導光板の屈折部における角度広がりを抑制するための条件を説明するための模式図である。
【図８Ｂ】図８Ａに示す条件を満たす屈折部の構成の一例を示す模式図である。
【図９Ａ】図１に示す偏光導光板の屈折部における角度広がりを抑制するための別の条件を説明するための模式図である。
【図９Ｂ】図９Ａに示す条件を満たす屈折部の構成の一例を示す模式図である。
【図１０Ａ】図１に示す偏光導光板の出射光量を増大するための第１の屈折部の大きさの条件を説明するための模式図である。
【図１０Ｂ】図１に示す偏光導光板の出射光量を増大するための第１の屈折部とこれに隣接する屈折部との間隔の条件を説明するための模式図である。
【図１１Ａ】図１に示す偏光導光板の出射光量を増大するための第２の屈折部の大きさの条件を説明するための模式図である。
【図１１Ｂ】図１に示す偏光導光板の出射光量を増大するための第２の屈折部とこれに隣接する屈折部との間隔の条件を説明するための模式図である。
【図１２】図１に示す偏光導光板の第１および第２の屈折部の配置の一実施例を示す模式図である。
【図１３Ａ】図１に示す偏光導光板の屈折部が等間隔に配置された場合の出射光の輝度分布を説明するための模式図である。
【図１３Ｂ】図１に示す偏光導光板の屈折部の間隔が端面から離れるにしたがって徐々に広くなる場合の出射光の輝度分布を説明するための模式図である。
【図１４Ａ】図１に示す偏光導光板の変形例を示す模式図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂに示す偏光導光板のプリズムシートの断面形状を示す模式図である。
【図１５】図１に示す偏光導光板の別の変形例を示す模式図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態である偏光導光板の構成を示す模式図である。
【図１７Ａ】図１６に示す偏光導光板の第１の屈折部における第１の偏光光に対する出射条件を説明するための模式図である。
【図１７Ｂ】図１６に示す偏光導光板の第１の屈折部における第１の偏光光に対する第１の導光条件を説明するための模式図である。
【図１７Ｃ】図１６に示す偏光導光板の第１の屈折部における第１の偏光光に対する第２の導光条件を説明するための模式図である。
【図１７Ｄ】図１６に示す偏光導光板の第１の屈折部における第１の偏光光に対する第３の導光条件を説明するための模式図である。
【図１７Ｅ】図１６に示す偏光導光板の第１の屈折部における第１の偏光光に対する第４の導光条件を説明するための模式図である。
【図１７Ｆ】図１６に示す偏光導光板の第１の屈折部における第１の偏光光に対する第５の導光条件を説明するための模式図である。
【図１８Ａ】図１６に示す偏光導光板の第２の屈折部における第１の偏光光に対する第１の出射条件を説明するための模式図である。
【図１８Ｂ】図１６に示す偏光導光板の第２の屈折部における第１の偏光光に対する第２の出射条件を説明するための模式図である。
【図１８Ｃ】図１６に示す偏光導光板の第２の屈折部における第１の偏光光に対する第１の導光条件を説明するための模式図である。
【図１８Ｄ】図１６に示す偏光導光板の第２の屈折部における第１の偏光光に対する第２の導光条件を説明するための模式図である。
【図１８Ｅ】図１６に示す偏光導光板の第２の屈折部における第１の偏光光に対する第３の導光条件を説明するための模式図である。
【図１８Ｆ】図１６に示す偏光導光板の第２の屈折部における第１の偏光光に対する第４の導光条件を説明するための模式図である。
【図１８Ｇ】図１６に示す偏光導光板の第２の屈折部における第１の偏光光に対する第５の導光条件を説明するための模式図である。
【図１９】図１６に示す偏光導光板の変形例を示す模式図である。
【図２０】本発明の偏光導光板を備える照明装置の一例を示す模式図である。
【図２１】本発明の偏光導光板を備える照明装置を用いた投射型表示装置の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００１７】
１０  導光体
１１  １／４波長板
１２  反射層
１３、１４  屈折部
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態である偏光導光板の構成を示す模式図である。
【００２０】
図１に示すように、偏光導光板は、液晶プロジェクタに代表される投射型表示装置に用いられるものであって、導光体１０と、導光体１０を挟むように設けられた１／４波長板１１および反射層１２と、導光体１０内の反射層１２との境界面に沿って設けられた複数の屈折部１３（第１の屈折部）および複数の屈折部１４（第２の屈折部）とを有する。図１に示した断面は、第１の方向に沿って偏光導光板を切断した面である。ここで、第１の方向は、導光体１０の所定の端面（光源が配置される側の端面）に垂直な方向と交差または直交する方向である。
【００２１】
導光体１０は、板状のものであって、屈折率が等方性である材料よりなる。屈折率等方性とは、偏光状態が異なる第１および第２の偏光の光（Ｐ偏光光およびＳ偏光光）のそれぞれに対する屈折率が同じであることを示す。ここでは、導光体１０の屈折率をｎ0とする。
【００２２】
また、導光体１０は、複数の端面（通常、４つの端面）を有し、これら端面の少なくとも１つに、光源からの光が入射する。光源は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザー（ＬＤ）のような半導体光源、あるいは固体光源と呼ばれる光源である。
【００２３】
１／４波長板１１の屈折率は、導光体１０の屈折率ｎ0にほぼ等しい。１／４波長板１１の導光体１０とは反対側の面が、出射面１１ａである。
【００２４】
屈折部１３、１４は、屈折率異方性を有する材料よりなり、その断面の形状は矩形形状である。屈折率異方性とは、第１および第２の偏光光のそれぞれに対する屈折率が異なることを示す。ここでは、屈折部１３における、第１の偏光光に対する屈折率をｎ1とし、第２の偏光光に対する屈折率をｎ2とする。屈折部１４における、第１の偏光光に対する屈折率をｎ1’とし、第２の偏光光に対する屈折率をｎ2’とする。屈折部１３は、ｎ1＞ｎ0、かつ、ｎ2＝ｎ0の屈折率条件を満たす。一方、屈折部１４は、ｎ1’＜ｎ0、かつ、ｎ2’＝ｎ0の屈折率条件を満たす。
【００２５】
屈折部１３と屈折部１４は、少なくとも第１の方向に交互に周期的に設けられている。屈折部１３、１４の配置は、一次元の配置であってもよく、また、二次元の配置であってもよい。
【００２６】
図２に、屈折部１３、１４の二次元の配置を模式的に示す。この例では、屈折部１３、１４は、図１で説明した第１の方向に交互に配置されるとともに、第１の方向と交差または直交する第２の方向に交互に配置されている。なお、二次元の配置において、屈折部１３、１４は、第１の方向においてのみ、交互に配置されてもよい。
【００２７】
屈折部１３、１４の大きさ（高さ、長さおよび幅）や、屈折部１３、１４の間隔は、導光条件や出射条件を考慮して適宜に設定する。ここで、高さは、１／４波長板１１が設けられた側の面１０ａに垂直な方向における厚さである。長さおよび幅は、面１０ａに垂直な方向から屈折部を見た場合の交差する２辺の長さである。
【００２８】
次に、本実施形態の偏光導光板の動作について説明する。
【００２９】
本実施形態の偏光導光板では、光源から導光体１０の第１の端面に入射した光（非偏光光）は、その一部が１／４波長板１１の出射面１１ａおよび反射層１２の間で反射されるとともに、導光体１０内を第１の端面と対向する第２の端面の方へ向かって伝播する。この伝播過程において、光の一部が屈折部１３、１４に入射する。
【００３０】
屈折部１３、１４は、第１の偏光光を出射面１１ａから出射するための出射条件と、１／４波長板１１の出射面１１ａと反射層１２との間で第１および第２の偏光光を導光させるための導光条件を満たすように構成されているが、互いの条件は異なる。
【００３１】
まず、屈折部１３の導光条件および出射条件について説明する。
【００３２】
図３Ａは、第１の偏光光に対する屈折部１３の出射条件を説明するための図であって、図１に示した偏光導光板の一部を、導光体１０の第１の端面（光源が設けられた端面）および１／４波長板１１の出射面１１ａに垂直な平面で切断した断面の模式図である。
【００３３】
屈折部１３において、１／４波長板１１側に位置する面１３ａに対して、面１３ａとのなす角度φ０で入射した第１の偏光光は、角度θ１で屈折し、面１３ａと対向する面１３ｂに到達する。ここで、第１の偏光光の面１３ａに対する入射角度は「９０°−φ０」で与えられ、角度θ１より大きい。
【００３４】
面１３ｂは、屈折部１４と反射層１２の界面である。面１３ａから入射して面１３ｂに到達した第１の偏光光は、面１３ｂにて反射される。面１３ｂで反射された第１の偏光光は、側面１３ｃに到達する。
【００３５】
面１３ｂで反射された第１の偏光光の、側面１３ｃに対する入射角度θ２（＝９０°−θ１）は、臨界角（全反射が起こる最も小さな入射角）より小さい。このため、面１３ｂから側面１３ｃに入射した第１の偏光光は、角度φ１（＞θ２）で屈折して、導光体１０の面１０ａに到達する。
【００３６】
１／４波長板１１の屈折率は、導光体１０の屈折率にほぼ等しいことから、側面１３ｃからの第１の偏光光は、屈折することなく、面１０ａを通過して１／４波長板１１の出射面１１ａに到達する。面１０ａを通過した第１の偏光光は、１／４波長板１１を１度通過することになるので、出射面１１ａに到達する光は円偏光の光である。
【００３７】
出射面１１ａに入射する円偏光の光の入射角度（９０°−φ１）が臨界角より小さい場合、円偏光の光は、出射面１１ａから出射角βで出射される。
【００３８】
このように、屈折部１３において、面１３ａから入射して側面１３ｃから出射されるという条件（出射条件）を満たす第１の偏光光は、１／４波長板１１にて円偏光の光に変換された後、出射面１１ａから出射される。
【００３９】
また、図３Ａに示すように、面１３ａから屈折部１３内に入射し、側面１３ｃから出射される第１の偏光光が、反射層１２にて反射された後、１／４波長板１１を通過して出射面１１ａから出射されるという条件も、出射条件として成立する。
【００４０】
図３Ｂは、第１の偏光光に対する屈折部１３の第１の導光条件を説明するための図であって、図１に示した偏光導光板の一部を、導光体１０の第１の端面および１／４波長板１１の出射面１１ａに垂直な平面で切断した断面の模式図である。
【００４１】
出射条件の場合と同様、屈折部１３において、面１３ａに対して、面１３ａとのなす角度φ０で入射した第１の偏光光は、角度θ１で屈折して、面１３ｂに到達する。面１３ａから入射して面１３ｂに到達した第１の偏光光は、面１３ｂにて反射される。面１３ｂで反射された第１の偏光光は、面１３ａに到達する。
【００４２】
面１３ｂで反射された第１の偏光光の、面１３ａに対する入射角度（θ１に同じ）は、臨界角より小さい。このため、面１３ｂから面１３ａに入射した第１の偏光光は、屈折して、導光体１０の面１０ａに到達する。ここで、面１３ａから出射した第１の偏光光の、面１３ａとのなす角度はφ０である。
【００４３】
１／４波長板１１の屈折率は、導光体１０の屈折率にほぼ等しいことから、面１３ａからの第１の偏光光は、屈折することなく、面１０ａを通過して、１／４波長板１１の出射面１１ａに到達する。面１０ａを通過した第１の偏光光は、１／４波長板１１を１度通過することになるので、出射面１１ａに到達する光は円偏光の光である。
【００４４】
出射面１１ａに入射する円偏光の光の入射角度（９０°−φ０）は、臨界角より大きい。よって、円偏光の光は、出射面１１ａにて導光体１０の方向へ反射される。出射面１１ａで反射された円偏光の光は、１／４波長板１１を通過することになるので、導光体１０の面１０ａに入射する光は、第２の偏光光である。面１０ａから入射した第２の偏光光は、導光体１０を伝播する。
【００４５】
このように、屈折部１３において、面１３ａから入射し、面１３ｂにて反射され、面１３ａから出射されるという第１の導光条件を満たす第１の偏光光は、出射面１１ａからは出射されず、１／４波長板１１にて第２の偏光光に変換された後、導光体１０を伝播する。
【００４６】
図３Ｃは、第１の偏光光に対する屈折部１３の第２の導光条件を説明するための図であって、図１に示した偏光導光板の一部を、導光体１０の第１の端面および１／４波長板１１の出射面１１ａに垂直な平面で切断した断面の模式図である。
【００４７】
屈折部１３において、側面１３ｄに対して、入射角度φ０で入射した第１の偏光光は、角度θ１で屈折して、面１３ｂに到達する。
【００４８】
側面１３ｄから入射して面１３ｂに到達した第１の偏光光は、面１３ｂにて反射される。面１３ｂで反射された第１の偏光光は、面１３ａに到達する。
【００４９】
面１３ｂで反射された第１の偏光光の、面１３ａに対する入射角度θ２は、臨界角より小さい。このため、面１３ｂから面１３ａに入射した第１の偏光光は、屈折して、導光体１０の面１０ａに到達する。ここで、面１３ａから出射した第１の偏光光の、面１３ａとのなす角度はφ１である。
【００５０】
１／４波長板１１の屈折率は、導光体１０の屈折率にほぼ等しいことから、面１３ａからの第１の偏光光は、屈折することなく、面１０ａを通過して、１／４波長板１１の出射面１１ａに到達する。面１０ａを通過した第１の偏光光は、１／４波長板１１を一度通過することになるので、出射面１１ａに到達する光は円偏光の光である。
【００５１】
出射面１１ａに入射する円偏光の光の入射角度（９０°−φ１）は、臨界角より大きい。よって、円偏光の光は、出射面１１ａにて導光体１０の方向へ反射される。出射面１１ａで反射された円偏光の光は、１／４波長板１１を通過することになるので、導光体１０の面１０ａに入射する光は、第２の偏光光である。面１０ａから入射した第２の偏光光は、導光体１０を伝播する。
【００５２】
このように、屈折部１３において、側面１３ｄから入射し、面１３ｂにて反射され、面１３ａから出射されるという第２の導光条件を満たす第１の偏光光は、出射面１１ａからは出射されず、１／４波長板１１にて第２の偏光光に変換された後、導光体１０を伝播する。
【００５３】
図３Ｄは、第１の偏光光に対する屈折部１３の第３の導光条件を説明するための図であって、図１に示した偏光導光板の一部を、導光体１０の第１の端面および１／４波長板１１の出射面１１ａに垂直な平面で切断した断面の模式図である。
【００５４】
屈折部１３において、側面１３ｄに対して、入射角度φ０で入射した第１の偏光光は、角度θ１で屈折して、面１３ｂに到達する。
【００５５】
側面１３ｄから入射して面１３ｂに到達した第１の偏光光は、面１３ｂにて反射される。面１３ｂで反射された第１の偏光光は、側面１３ｃに到達する。
【００５６】
面１３ｂで反射された第１の偏光光の、側面１３ｃに対する入射角度（θ１に同じ）は、臨界角より小さい。このため、面１３ｂから側面１３ｃに入射した第１の偏光光は、屈折して、導光体１０の面１０ａに到達する。ここで、側面１３ｃから出射した第１の偏光光の、側面１３ｃとのなす角度はφ０である。
【００５７】
１／４波長板１１の屈折率は、導光体１０の屈折率にほぼ等しいことから、側面１３ｃからの第１の偏光光は、屈折することなく、面１０ａを通過して、１／４波長板１１の出射面１１ａに到達する。面１０ａを通過した第１の偏光光は、１／４波長板１１を１度通過していることになるので、出射面１１ａに到達する光は円偏光の光である。
【００５８】
出射面１１ａに入射する円偏光の光の入射角度（９０°−φ０）は、臨界角より大きい。よって、円偏光の光は、出射面１１ａにて導光体１０の方向へ反射される。出射面１１ａで反射された円偏光の光は、１／４波長板１１を通過することになるので、この出射面１１ａから導光体１０に入射した光は、第２の偏光光である。面１０ａから入射した第２の偏光光は、導光体１０を伝播する。
【００５９】
このように、屈折部１３において、側面１３ｄから入射し、面１３ｂにて反射され、側面１３ｃから出射されるという第３の導光条件を満たす第１の偏光光は、出射面１１ａからは出射されず、１／４波長板１１にて第２の偏光光に変換された後、導光体１０を伝播する。
【００６０】
次に、屈折部１４の導光条件および出射条件について説明する。
【００６１】
図４Ａは、第１の偏光光に対する屈折部１４の出射条件を説明するための図であって、図１に示した偏光導光板の一部を、導光体１０の第１の端面（光源が設けられた端面）および出射面１１ａに垂直な平面で切断した断面の模式図である。
【００６２】
屈折部１４において、第１の端面側に位置する側面１４ｄに、入射角度φ０で入射した第１の偏光光は、角度θ１’（＞φ０）で屈折し、面１４ｂに到達する。
【００６３】
面１４ｂは、屈折部１４と反射層１２の界面である。面１４ｄから入射して面１４ｂに到達した第１の偏光光は、面１４ｂにて反射される。面１４ｂで反射された第１の偏光光は、面１４ａ（１／４波長板１１側に位置する面）に到達する。
【００６４】
面１４ｂで反射された第１の偏光光の面１４ａに対する入射角度θ２’（＝９０−θ１’）は、臨界角より小さい。このため、面１４ｂで反射されて面１４ａに入射した第１の偏光光は、角度φ１’で屈折して、面１０ａに到達する。入射角度θ２’と角度φ１’の関係は、「θ２’＞９０°−φ１’」で与えられる。
【００６５】
１／４波長板１１の屈折率は、導光体１０の屈折率にほぼ等しいことから、面１４ａからの第１の偏光光は、屈折することなく、面１０ａを通過して１／４波長板１１の出射面１１ａに到達する。面１０ａを通過した第１の偏光光は、１／４波長板１１を一度通過することになるので、出射面１１ａに到達する光は円偏光の光である。
【００６６】
出射面１１ａに入射する円偏光の光の入射角度（９０°−φ１’）が臨界角より小さい場合、円偏光の光は、出射面１１ａから出射角βで出射される。
【００６７】
このように、屈折部１４において、側面１４ｄから入射して面１４ａから出射されるという条件（出射条件）を満たす第１の偏光光は、１／４波長板１１にて円偏光の光に変換された後、出射面１１ａから出射される。
【００６８】
また、図４Ａに示すように、側面１４ｄから屈折部１４内に入射し、面１４ａから出射される第１の偏光光が、１／４波長板１１を通過して出射面１１ａから出射されるという条件も、出射条件として成立する。
【００６９】
図４Ｂは、第１の偏光光に対する屈折部１４の第１の導光条件を説明するための図であって、図１に示した偏光導光板の一部を、導光体１０の第１の端面および１／４波長板１１の出射面１１ａに垂直な平面で切断した断面の模式図である。
【００７０】
出射条件の場合と同様、屈折部１４において、側面１４ｄに対して、入射角度φ０で入射した第１の偏光光は、角度θ１’で屈折して、面１４ｂに到達する。側面１４ｄから入射して面１４ｂに到達した第１の偏光光は、面１４ｂにて反射される。面１４ｂで反射された第１の偏光光は、側面１４ｃに到達する。
【００７１】
面１４ｂで反射された第１の偏光光の、側面１４ｃに対する入射角度（θ１’に同じ）は、臨界角より小さい。このため、面１４ｂから側面１４ｃに入射した第１の偏光光は、角度φ０で屈折して、導光体１０の面１０ａに到達する。
【００７２】
１／４波長板１１の屈折率は、導光体１０の屈折率にほぼ等しいことから、側面１４ｃからの第１の偏光光は、屈折することなく、面１０ａを通過して、１／４波長板１１の出射面１１ａに到達する。面１０ａを通過した第１の偏光光は、１／４波長板１１を一度通過することになるので、出射面１１ａに到達する光は円偏光の光である。
【００７３】
出射面１１ａに入射する円偏光の光の入射角度（９０°−φ０）は、臨界角より大きい。よって、円偏光の光は、出射面１１ａにて導光体１０の方向へ反射される。出射面１１ａで反射された円偏光の光は、再び１／４波長板１１を通過することになるので、この出射面１１ａから面１０ａに入射した光は、第２の偏光光である。面１０ａから入射した第２の偏光光は、導光体１０を伝播する。
【００７４】
このように、屈折部１４において、側面１４ｄから入射し、面１４ｂにて反射され、側面１４ｃから出射されるという第１の導光条件を満たす第１の偏光光は、出射面１１ａからは出射されず、１／４波長板１１にて第２の偏光光に変換された後、導光体１０を伝播する。
【００７５】
図４Ｃは、第１の偏光光に対する屈折部１４の第２の導光条件を説明するための図であって、図１に示した偏光導光板の一部を、導光体１０の第１の端面および１／４波長板１１の出射面１１ａに垂直な平面で切断した断面の模式図である。
【００７６】
屈折部１４において、面１４ａに対して、面１４ａとのなす角度φ０で入射した第１の偏光光は、角度θ１’で屈折して、面１４ｂに到達する。
【００７７】
面１４ａから入射して面１４ｂに到達した第１の偏光光は、面１４ｂにて反射される。面１４ｂで反射された第１の偏光光は、入射角度θ２’で側面１４ｃに入射する。入射角度θ２’は、臨界角より小さい。このため、面１４ｂから側面１４ｃに入射した第１の偏光光は、角度φ１’で屈折して、面１０ａに到達する。
【００７８】
１／４波長板１１の屈折率は、導光体１０の屈折率にほぼ等しいことから、側面１４ｃからの第１の偏光光は、屈折することなく、面１０ａを通過して１／４波長板１１の出射面１１ａに到達する。面１０ａを通過した第１の偏光光は、１／４波長板１１を一度通過することになるので、出射面１１ａに到達する光は円偏光の光である。
【００７９】
出射面１１ａに入射する円偏光の光の入射角度（９０°−φ１’）は、臨界角より大きい。よって、円偏光の光は、出射面１１ａにて導光体１０の方向へ反射される。出射面１１ａで反射された円偏光の光は、１／４波長板１１を通過することになるので、導光体１０の面１０ａに入射する光は、第２の偏光光である。面１０ａから入射した第２の偏光光は、導光体１０を伝播する。
【００８０】
このように、屈折部１４において、面１４ａから入射し、面１４ｂにて反射され、側面１４ｃから出射されるという第２の導光条件を満たす第１の偏光光は、出射面１１ａからは出射されず、１／４波長板１１にて第２の偏光光に変換された後、導光体１０を伝播する。
【００８１】
図４Ｄは、第１の偏光光に対する屈折部１４の第３の導光条件を説明するための図であって、図１に示した偏光導光板の一部を、導光体１０の第１の端面および１／４波長板１１の出射面１１ａに垂直な平面で切断した断面の模式図である。
【００８２】
屈折部１４において、面１４ａに対して、面１４ａとのなす角度φ０で入射した第１の偏光光は、角度θ１’で屈折して、面１４ｂに到達する。
【００８３】
面１４ａから入射して面１４ｂに到達した第１の偏光光は、面１４ｂにて反射される。面１４ｂで反射された第１の偏光光は、面１４ａに到達する。
【００８４】
面１４ｂで反射された第１の偏光光の、面１４ａに対する入射角度（θ１’に同じ）は、臨界角より小さい。このため、面１４ｂから面１４ａに入射した第１の偏光光は、屈折して、導光体１０の面１０ａに到達する。ここで、面１４ａから出射した第１の偏光光の、面１４ａとのなす角度はφ０である。
【００８５】
１／４波長板１１の屈折率は、導光体１０の屈折率にほぼ等しいことから、面１４ａからの第１の偏光光は、屈折することなく、面１０ａを通過して、１／４波長板１１の出射面１１ａに到達する。面１０ａを通過した第１の偏光光は、１／４波長板１１を一度通過することになるので、出射面１１ａに到達する光は円偏光の光である。
【００８６】
出射面１１ａに入射する円偏光の光の入射角度（９０°−φ０）は、臨界角より大きい。よって、円偏光の光は、出射面１１ａにて導光体１０の方向へ反射される。出射面１１ａで反射された円偏光の光は、１／４波長板１１を通過することになるので、導光体１０の面１０ａに入射する光は、第２の偏光光である。面１０ａから入射した第２の偏光光は、導光体１０を伝播する。
【００８７】
このように、屈折部１４において、面１４ａから入射し、面１４ｂにて反射され、面１４ａから出射されるという第３の導光条件を満たす第１の偏光光は、出射面１１ａからは出射されず、１／４波長板１１にて第２の偏光光に変換された後、導光体１０を伝播する。
【００８８】
図４Ｅは、第１の偏光光に対する屈折部１４の第４の導光条件を説明するための図であって、図１に示した偏光導光板の一部を、導光体１０の第１の端面および１／４波長板１１の出射面１１ａに垂直な平面で切断した断面の模式図である。
【００８９】
屈折部１４において、面１４ａに対して、面１４ａとのなす角度φで入射した第１の偏光光は、面１４ａで反射される。
【００９０】
面１４ａで反射された第１の偏光光は、導光体１０の面１０ａに到達する。１／４波長板１１の屈折率は、導光体１０の屈折率にほぼ等しいことから、面１４ａからの第１の偏光光は、屈折することなく、面１０ａを通過して、１／４波長板１１の出射面１１ａに到達する。面１０ａを通過した第１の偏光光は、１／４波長板１１を一度通過することになるので、出射面１１ａに到達する光は円偏光の光である。
【００９１】
出射面１１ａに入射する円偏光の光の入射角度（９０°−φ）は、臨界角より大きい。よって、円偏光の光は、出射面１１ａにて導光体１０の方向へ反射される。出射面１１ａで反射された円偏光の光は、１／４波長板１１を通過することになるので、導光体１０の面１０ａに入射する光は、第２の偏光光である。面１０ａから入射した第２の偏光光は、導光体１０を伝播する。
【００９２】
このように、屈折部１４において、面１４ａで反射されるという第４の導光条件を満たす第１の偏光光は、出射面１１ａからは出射されず、１／４波長板１１にて第２の偏光光に変換された後、導光体１０を伝播する。
【００９３】
以上のように、本実施形態の偏光導光板によれば、屈折部１３、１４の出射条件を満たす第１の偏光光のみが、出射面１１ａから円偏光として出射され、その出射角の広がりは角度βが取り得る範囲内に制御される。ここで、出射角βは、導光体１０の第１の端面（光源が配置される側の端面）および出射面１１ａのそれぞれと交差（または直交）する第１の平面の面内方向において取り得る第１の出射角度である。
【００９４】
具体的に説明すると、図３Ａに示した出射条件において、角度φ０が４８．１°であり、角度φ１が５２．０°である場合、出射角βは６７．３°である。角度φ０が４５．０°であり、角度φ１が４８．９°である場合、出射角βは８０．５°である。角度φ０が４４．３°であり、角度φ１が４８．２°である場合、出射角βは８９．８°である。光源から導光体１０内に入射した光の、１／４波長板１１の出射面１１ａと平行な面に対する最大角度が４８．１°以下である場合、出射角度幅は２２．５°である。ここで、出射角度幅は、出射角βの最大角度と最小角度で与えられる角度幅であって、本実施形態の偏光導光板の出射光の第１の出射角の角度広がりである。
【００９５】
また、本実施形態の偏光導光板によれば、１／４波長板１１と反射層１２の間で光を循環させ、その循環過程において、屈折部１３、１４による偏光分離や１／４波長板１１による偏光変換が行われることで、光の再利用が可能である。これにより、光利用効率をさらに向上させることができる。
【００９６】
図５に、図２に示したマトリクス状の配置を有する偏光導光板におけるＳ偏光およびＰ偏光の各偏光成分の光に対する動作を模式的に示す。図５において、破線の矢印はＳ偏光光を示し、実線の矢印はＰ偏光光を示す。屈折部１４として、実線の矩形部および破線の矩形部が記載されているが、破線の矩形部は、図面に向かって屈折部１３の奥側に位置し、実線の矩形部は、図面に向かって屈折部１３の手前側に位置する。
【００９７】
図５に示した例では、Ｐ偏光光に対する屈折率をｎ1とし、Ｓ偏光光に対する屈折率をｎ2とし、屈折部１３は、ｎ1＞ｎ2、かつ、ｎ2＝ｎ0の屈折率条件を満たす。Ｐ偏光光に対する屈折率をｎ1’とし、Ｓ偏光光に対する屈折率をｎ2’とし、屈折部１４は、ｎ1’＜ｎ2’、かつ、ｎ2’＝ｎ0の屈折率条件を満たす。
【００９８】
屈折部１３において、面１３ａから入射し、側面１３ｃから出射するという出射条件を満たすＰ偏光光は、１／４波長板１１の出射面１１ａから出射される。また、屈折部１４において、側面１４ｄから入射し、面１４ａから出射するという出射条件を満たすＰ偏光光のみが、１／４波長板１１の出射面１１ａから出射される。
【００９９】
一方、Ｓ偏光光は、屈折部１３、１４を屈折することなくそのまま透過する。Ｓ偏光光の一部は、反射層１２にて反射され、その反射されたＳ偏光光は、導光体１０の面１０ａから１／４波長板１１に入射する。１／４波長板１１に入射した光は、出射面１１ａにて反射され、その反射光は、導光体１０の面１０ａに再び入射する。この場合、導光体１０から１／４波長板１１に入射した光は、１／４波長板１１を２度通過する。すなわち、導光体１０の面１０ａから１／４波長板１１に入射するＳ偏光光は、１／４波長板１１を２度通過するため、Ｐ偏光光に変換される。
【０１００】
なお、図示されていないが、屈折部１３、１４において、出射条件を満たさないＰ偏光光は、１／４波長板１１の出射面１１ａと反射層１２で反射されながら導光体１０内を伝播する。この伝播過程において、導光体１０の面１０ａから１／４波長板１１に入射するＰ偏光光は、１／４波長板１１を２度通過するため、Ｓ偏光光に変換される。
【０１０１】
また、屈折部１３、１４において、導光体１０内を導光する光の一部は角度変換が行われる。例えば、図３Ａに示した出射条件によれば、角度φ１が角度φ０より大きく、出射面１１ａに対する入射角度（９０−φ１）が臨界角よりも小さい場合に、第１の偏光光が出射面１１ａから出射される。しかし、角度φ１が角度φ０より大きい場合であっても、入射角度（９０−φ１）が臨界角以上である場合には、第１の偏光光は出射面１１ａにて反射されて導光体１０内を導光する。この場合、導光する光が導光するにつれて、角度φが徐々に大きくなり、その結果、入射角度（９０−φ１）が臨界角よりも小さくなって、導光する光が出射面１１ａから出射される。屈折部１３による角度変換では、そのような導光過程における角度φ０の増大が行われ、１／４波長板１１の出射面１１ａと反射層１２で反射されながら導光体１０内を伝播する光のうちから、出射条件を満たす第１の偏光光を得ることができる。
【０１０２】
なお、図５に示した例において、Ｓ偏光光に対する屈折率をｎ1、ｎ1’とし、Ｐ偏光光に対する屈折率をｎ2、ｎ2’としてもよい。この場合は、出射条件を満たすＳ偏光光のみが、１／４波長板１１の出射面１１ａから出射される。
【０１０３】
また、本実施形態の偏光導光板によれば、上述した第１の出射角度を制御するだけでなく、上述した第１の平面（導光体１０の第１の端面および出射面１１ａのそれぞれと交差または直交する面）および出射面１１ａのそれぞれと交差または直交する第２の平面の面内方向において取り得る第２の出射角度についても制御することができる。
【０１０４】
図６は、第２の出射角度が制限される様子を示した模式図である。図６には、隣接する屈折部１３、１４を１／４波長板１１の出射面１１ａに垂直な方向から見た場合の状態が示されている。
【０１０５】
屈折部１３は、４つの側面１３ｃ〜１３ｆを有する。側面１３ｃ、１３ｄが平行であり、側面１３ｅ、１３ｆが平行である。屈折部１４は、４つの側面１４ｃ〜１４ｆを有する。側面１４ｃ、１４ｄが平行であり、側面１４ｅ、１４ｆが平行である。屈折部１３の側面１３ｅは、屈折部１４の側面１４ｆと平行である。
【０１０６】
屈折部１３において、第１の偏光光が、側面１３ｄから入射し、側面１３ｅから出射する。この場合、側面１３ｅから出射された第１の偏光光の、側面１３ｄ（または側面１３ｃ）に対して引いた垂線とのなす角度φ１は、側面１３ｄに入射した第１の偏光光の、その垂線とのなす角度φ０より小さい。
【０１０７】
屈折部１３の側面１３ｅから出射された第１の偏光光の一部は、屈折部１４の側面１４ｆから入射し、屈折部１４の側面１４ｃから出射される。この場合、側面１４ｃから出射された第１の偏光光の、上記の垂線とのなす角度φ１’は、側面１３ｅから出射した第１の偏光光の上記の垂線とのなす角度φ１よりも小さい。
【０１０８】
このように、第１の偏光光が、屈折部１３の側面１３ｄから入射して、側面１３ｅから出射され、その出射された第１の偏光光が、屈折部１４の側面１４ｆから入射し、側面１４ｃから出射されるという角度変換条件を満たす場合に、第２の出射角度を狭めることができる。
【０１０９】
具体的に説明すると、図６に示した角度変換条件において、角度φ０が４８．１°であり、角度φ１が４４．２°である場合、角度φ１’は４０．４°である。角度φ０が３０．０°であり、角度φ１が２５．３°である場合、角度φ１’は２０．０°である。角度φ０が２０．０°であり、角度φ１が１２．８°である場合、角度φ１’は１２．８°である。このように、光源から導光体１０の端面に入射した光の屈折部１３、１４の側面への最大入射角φ０が４８．１°である場合、屈折部１３の所定の面に光が入射すると、約４°だけ角度を狭めることができ、続いて、屈折部１３からの光が屈折部１４の所定の面に光が入射すると、さらに約４°だけ角度を狭めることができる。したがって、屈折部１３，１４においては、約８度の狭角化を行うことができる。
【０１１０】
また、角度φ０が３０°である場合は、屈折部１３、１４それぞれで約５°の狭角化を行うことができる。したがって、屈折部１３，１４においては、約１０度の狭角化を行うことができる。
【０１１１】
本実施形態の偏光導光板においては、第２の出射角の角度広がりは、屈折部１３、１４の所定の面を通過した回数によって、狭角化の効果が異なる。
【０１１２】
第２の出射角度を制限する効果を十分に得るためには、図６に示した角度変換条件を満たすように、屈折部１３、１４の大きさおよび間隔を適切に設定する。図７に、図６に示した角度変換条件を満たす屈折部１３、１４の大きさおよび間隔の一例を示す。
【０１１３】
図７には、隣接する屈折部１３、１４を１／４波長板１１の出射面１１ａに垂直な方向から見た場合の状態が示されている。図７において、符号Ａは、屈折部１３の短辺（側面１３ｃ、１３ｄ）の長さを示し、符号Ｂは屈折部１３の長辺（側面１３ｅ、１３ｆ）の長さを示す。符号ｂは、屈折部１３の長辺と平行な屈折部１４の辺（側面１４ｅ、１４ｆ）の長さを示し、符号ａは、屈折部１３の短辺と平行な屈折部１４の辺（側面１４ｃ、１４ｄ）の長さを示す。符号Ｄは、屈折部１３の側面１３ｄを含む平面と屈折部１４の側面１３ｄを含む平面との間隔を示す。符号Ｐは、屈折部１３の側面１３ｅと屈折部１４の側面１４ｆとの間隔を示す。
【０１１４】
第１の偏光光が角度φ０で屈折部１３の側面１３ｄに入射し、角度φ１で側面１３ｅから出射し、その出射した第１の偏光光が、屈折部１４の側面１４ｆに入射するための条件は、以下の式（１）〜（３）で与えられる。
【０１１５】
【数１】
2011118563.tif 000003
なお、上記の式（１）〜（３）の条件を満たす場合であっても、屈折部１３、１４の第１の偏光光の入射方向や入射位置によっては、一部の光の出射角が広がる場合がある。
【０１１６】
例えば、図８Ａの左側部分に示すように、第１の偏光光が、屈折部１３の側面１３ｅから入射して、側面１３ｃから出射する場合、上述した第２の出射角度が広がる。図８Ａの右側部分に示すように、側面１３ｅから入射した第１の偏光光が側面１３ｆから出射されるように、屈折部１３の長辺を長くすることで、そのような角度広がりを抑制することができる。
【０１１７】
図８Ｂに、上記の角度広がりを抑制するための条件の一例を示す。屈折部１３において、第１の偏光光は、側面１３ｅから入射し、側面１３ｆから出射される。第１の偏光光は、側面１３ｅ、１３ｆのそれぞれを通過する際に屈折する。側面１３ｅに入射する第１の偏光光の、側面１３ｅに対する角度をφ０とする。側面１３ｅを通過した第１の偏光光の、側面１３ｅに対する垂線とのなす角度をθ３とする。
【０１１８】
上記の場合、屈折部１３の長辺の長さＢが、以下の式（４）を満たすことで、上記の角度広がりを抑制することができる。
【０１１９】
【数２】
2011118563.tif 000004
また、図９Ａの左側下部に示すように、第１の偏光光が、屈折部１４の側面１４ｄから入射して、側面１４ｆから出射する場合、上述した第２の出射角度が広がる。加えて、この側面１４ｆから出射した第１の偏光光が、屈折部１３の側面１３ｅから入射して、側面１３ｃから出射すると、上述した第２の出射角度はさらに広がる。
【０１２０】
上記の角度広がりを抑制する手法として、図９Ａの左側上部に示すように、屈折部１４の側面１４ｃ、１４ｄの辺部の長さを短くするとともに、屈折部１３との間隔を狭める手法がある（第１の手法）。
【０１２１】
また、上記の角度広がりを抑制する別の手法として、図９Ａの右側上部に示すように、屈折部１４の側面１３ｃ、１３ｄの辺部の長さを長くするとともに、屈折部１３の間隔を広げる手法がある（第２の手法）。
【０１２２】
上記の第２の手法において、第１の偏光光が、屈折部１４の側面１４ｄから入射して側面１４ｆから出射されることを抑制する。この抑制のための条件を、図９Ｂを参照して説明する。
【０１２３】
屈折部１４において、第１の偏光光が、側面１４ｄから入射して側面１４ｃから出射される。第１の偏光光は、側面１４ｃ、１４ｄのそれぞれを通過する際に屈折する。側面１４ｄに入射する第１の偏光光の、側面１４ｄの垂線に対する角度をφ１とする。側面１４ｄを通過した第１の偏光光の、側面１４ｄに対する角度をθ１’とする。
【０１２４】
上記の場合、屈折部１４の側面１４ｅ、１４ｆの辺部の長さｂが、以下の式（５）を満たすことで、角度広がりを抑制することができる。
【０１２５】
【数３】
2011118563.tif 000005
また、本実施形態の偏光導光板において、１／４波長板１１の出射面１１ａから出射される光の光量は、屈折部１３、１４の間隔や大きさ（長さおよび高さ）によって変化する。
【０１２６】
出射光量を増大するための屈折部１３の大きさを、図１０Ａを参照して説明する。図１０において、符号Ｂは、屈折部１３の長辺の長さ（面１３ａ、１３ｂの長さ）を示し、符号Ｈは、屈折部１３の厚さ（側面１３ｃ、１３ｄの長さ）を示す。
【０１２７】
屈折部１３において、第１の偏光光が、面１３ａから入射して面１３ｂにて反射され、その反射光が側面１３ｃから出射される。第１の偏光光は、面１３ａおよび側面１３ｃのそれぞれを通過する際に屈折する。面１３ａから入射した第１の偏光光の面１３ｂに対する角度をθ２とし、側面１３ｃから出射した第１の偏光光の、側面１３ｃの垂線とのなす角度をφ１とする。この場合、屈折部１３の長さＢを以下の式（６）を満たすように設定することで、１／４波長板１１の出射面１１ａからの出射光量を増大することができる。
【０１２８】
【数４】
2011118563.tif 000006
出射光量を増大するための屈折部１３とこれに隣接する屈折部との間隔を、図１０Ｂを参照して説明する。図１０Ｂにおいて、符号Ｂ、Ｈは、図１０Ａで説明したとおり、屈折部１３の長さおよび厚さを示す。符号Ｑは、屈折部１３とこれに隣接する屈折部（屈折部１３または屈折部１４）との間隔を示す。
【０１２９】
屈折部１３の側面１３ｃから出射された第１の偏光光が、反射層１２にて反射される。側面１３ｃから出射された第１の偏光光の、側面１３ｃの垂線とのなす角度をφ１とする。この場合、間隔Ｑを以下の式（７）を満たすように設定することで、１／４波長板１１の出射面１１ａからの出射光量を増大することができる。
【０１３０】
【数５】
2011118563.tif 000007
出射光量を増大するための屈折部１４の大きさを、図１１Ａを参照して説明する。図１１Ａにおいて、符号ｂは、屈折部１４の長さ（面１４ａ、１４ｂの長さ）を示し、符号ｈは、屈折部１４の厚さ（側面１４ｃ、１４ｄの長さ）を示す。
【０１３１】
屈折部１４において、第１の偏光光が、側面１４ｄから入射して面１４ｂにて反射され、その反射光が面１４ａから出射される。第１の偏光光は、面１４ａおよび側面１４ｄのそれぞれを通過する際に屈折する。側面１４ｄから入射した第１の偏光光の面１４ｂに対する角度をθ２’とする。この場合、屈折部１４の長さｂを以下の式（８）を満たすように設定することで、１／４波長板１１の出射面１１ａからの出射光量を増大することができる。
【０１３２】
【数６】
2011118563.tif 000008
出射光量を増大するための屈折部１４とこれに隣接する屈折部との間隔を、図１１Ｂを参照して説明する。図１１Ｂにおいて、符号ｂ、ｈは、図１１Ａで説明したとおり、屈折部１４の長さおよび厚さを示す。符号ｑは、屈折部１４とこれに隣接する屈折部（屈折部１３または屈折部１４）との間隔を示す。
【０１３３】
第１の偏光光が、反射層１２にて反射され、その反射光が屈折部１４の側面１４ｄに入射する。反射層１２に入射する第１の偏光光の、反射層１２の面に対する角度をφ０とする。この場合、間隔ｑを以下の式（９）を満たすように設定することで、１／４波長板１１の出射面１１ａからの出射光量を増大することができる。
【０１３４】
【数７】
2011118563.tif 000009
なお、１／４波長板１１の出射面１１ａの面内方向における出射光の輝度分布を均一にする場合は、長さＢ、ｂおよび間隔Ｑ、ｑをそれぞれ３０〜１００μｍの範囲に設定することが出射光の均一化、また実用上好ましい。
【０１３５】
以下、本実施形態の偏光導光板の屈折部１３、１４の間隔および大きさの具体的な数値例を挙げる。
【０１３６】
（実施例１）
図１２に、屈折部１３、１４の配置の一例を示す。図１２において、上側部分は上面図、下側部分は断面図である。符号Ａ、Ｂ、Ｈはそれぞれ屈折部１３の長さ、幅、高さを示し、符号ａ、ｂ、ｈはそれぞれ屈折部１４の長さ、幅、高さを示す。符号Ｑは、屈折部１３とこれに隣接する屈折部１３との間隔を示す。符号Ｐは、屈折部１３と屈折部１４の間隔を示す。符号Ｄは、屈折部１３、１４の各側面のうち、光源が配置される側に位置する端面の間の長さを示す。
【０１３７】
導光体１０の屈折率ｎ０は、１．５０である。屈折部１３の屈折率ｎ１、ｎ２はそれぞれ１．５５、１．５０である。屈折部１４の屈折率ｎ１’、ｎ２’はそれぞれ１．４５、１．５０である。屈折部１３、１４の側面の間の長さＤは１０．２μｍである。
【０１３８】
間隔Ｐは１０．０μｍであり、間隔Ｑは４６．１μｍである。屈折部１３の幅Ａ、長さＢ、高さＨはそれぞれ、３６．４μｍ、５０．０μｍ、２９．５μｍである。屈折部１４の幅ａ、長さｂ、高さｈはそれぞれ、２０．０μｍ、２２．１μｍ、１９．５μｍである。
【０１３９】
光源から導光体１０内に入射した光の、１／４波長板１１の出射面１１ａと平行な面に対する角度は４８．１°以下である。この場合、１／４波長板１１の出射面１１ａから出射される第１の出射角の角度広がりは２２．７°である。また、１／４波長板１１の出射面１１ａから出射される第２の出射角の角度広がりを、光源から導光体１０内に入射した光の角度広がりに対して７°〜１８°程度せばめることができる。
【０１４０】
第１の出射角は、導光体１０の光源が配置される側の端面および１／４波長板１１の出射面１１ａのそれぞれと交差（または直交）する第１の平面の面内方向において取り得る出射角度である。第２の出射角は、１／４波長板１１の出射面１１ａと平行で、第１の平面と交差する第２の平面の面内方向において取り得る出射角度である。
【０１４１】
（実施例２）
本実施例の偏光導光板も、図１２に示した配置を有する。
【０１４２】
導光体１０の屈折率ｎ０は、１．５０である。屈折部１３の屈折率ｎ１、ｎ２はそれぞれ１．５５、１．５０である。屈折部１４の屈折率ｎ１’、ｎ２’はそれぞれ１．４５、１．５０である。屈折部１３、１４の側面の間の長さＤは１０．２μｍである。
【０１４３】
間隔Ｐは１０．０μｍであり、間隔Ｑは７５．１μｍである。屈折部１３の幅Ａ、長さＢ、高さＨはそれぞれ、５０．０μｍ、６７．６μｍ、３７．０μｍである。屈折部１４の幅ａ、長さｂ、高さｈはそれぞれ、２０．０μｍ、２２．１μｍ、１３．３μｍである。
【０１４４】
光源から導光体１０内に入射した光の、１／４波長板１１の出射面１１ａと平行な面に対する角度は４８．１°以下である。
【０１４５】
本実施例の偏光導光板は、上記の第１の実施例の偏光導光板に比較して、屈折部１３の幅Ａを大きくした分、屈折部１３の光源側の端面に、第１の偏光光をより多く入射させることができる。
【０１４６】
また、屈折部１３、１４の側面の間の長さＤ、屈折部１３の長さＢおよび高さＨ、および屈折部１４の長さｂおよび高さｈを上記のとおりの値とすることで、１／４波長板１１の出射面１１ａと平行な面の面内方向における角度広がりを抑制することができる。
【０１４７】
本実施例の偏光導光板においも、１／４波長板１１の出射面１１ａから出射される第１の出射角の角度広がりは２２．７°である。また、１／４波長板１１の出射面１１ａから出射される第２の出射角の角度広がりは７〜１８°程度せばめることができる。
【０１４８】
（実施例３）
本実施例の偏光導光板も、図１２に示した配置を有する。
【０１４９】
導光体１０の屈折率ｎ０は、１．５０である。屈折部１３の屈折率ｎ１、ｎ２はそれぞれ１．５５、１．５０である。屈折部１４の屈折率ｎ１’、ｎ２’はそれぞれ１．４５、１．５０である。屈折部１３、１４の側面の間の長さＤは１６．０μｍである。
【０１５０】
間隔Ｐは１０．０μｍであり、間隔Ｑは１０１．０μｍである。屈折部１３の幅Ａ、長さＢ、高さＨはそれぞれ、４０．０μｍ、８３．５μｍ、４９．１μｍである。屈折部１４の幅ａ、長さｂ、高さｈはそれぞれ、２０．０μｍ、４８．０μｍ、２９．５μｍである。
【０１５１】
光源から導光体１０内に入射した光の、１／４波長板１１の出射面１１ａと平行な面に対する角度は４８．１°以下である。
【０１５２】
本実施例の偏光導光板においも、１／４波長板１１の出射面１１ａから出射される第１の出射角の角度広がりは２２．７°である。また、また、１／４波長板１１の出射面１１ａから出射される第２の出射角の角度広がりを、光源から導光体１０内に入射した光の角度広がりに対して７°〜１８°程度せばめることができる。
【０１５３】
（実施例４）
本実施例の偏光導光板も、図１２に示した配置を有する。
【０１５４】
導光体１０の屈折率ｎ０は、１．５０である。屈折部１３の屈折率ｎ１、ｎ２はそれぞれ１．６０、１．５０である。屈折部１４の屈折率ｎ１’、ｎ２’はそれぞれ１．４０、１．５０である。屈折部１３、１４の側面の間の長さＤは１１．８μｍである。
【０１５５】
間隔Ｐは１０．０μｍであり、間隔Ｑは７４．０μｍである。屈折部１３の幅Ａ、長さＢ、高さＨはそれぞれ、３６．３μｍ、５０．０μｍ、３２．０μｍである。屈折部１４の幅ａ、長さｂ、高さｈはそれぞれ、２０．０μｍ、２８．５μｍ、１８．８μｍである。
【０１５６】
光源から導光体１０内に入射した光の、１／４波長板１１の出射面１１ａと平行な面に対する角度は４８．１°以下である。
【０１５７】
本実施例の偏光導光板によれば、１／４波長板１１の出射面１１ａから出射される第１の出射角の角度広がりは３３．６°である。また、１／４波長板１１の出射面１１ａから出射される第２の出射角の角度広がりを、光源から導光体１０内に入射した光の角度広がりに対して１２〜２６°程度せばめることができる。
【０１５８】
以上説明した本実施形態の偏光導光板によれば、第１の出射角の角度広がりを小さくすることができるとともに、第２の出射角の角度広がりを小さくすることができる。したがって、偏光導光板から出射される光の出射角の広がりを、エテンデューの制約に基づく光利用可能な範囲内に収めることができる。
【０１５９】
また、導光体１０内を伝播する光を、１／４波長板１１と反射層１２の間で光を循環させて利用することができるので、光利用効率を向上させることができる。
【０１６０】
さらに、プリズム面を用いずに偏光変換や狭出射角化を可能としたことで、特許文献１に記載の照明装置にて生じていたような、発散光による迷光や視野角依存性の問題は生じない。
【０１６１】
なお、本実施形態の偏光導光板において、屈折部１３、１４は等間隔に配置されてもよい。
【０１６２】
また、導光体１０の光源が配置される側の端面から離れるにしたがって（端面からの距離が長くなるにしたがって）、屈折部１３、１４の間隔を徐々に広くしてもよい。この場合は、屈折部１３、１４が等間隔に配置されたものに比較して、１／４波長板１１の出射面１１ａの面内方向における輝度分布を均一にすることができる。
【０１６３】
図１３Ａに、屈折部１３が等間隔に配置されたものにおける出射光の輝度分布を模式的に示し、図１３Ｂに、端面から離れるにしたがって屈折部１３の間隔を徐々に広くしたものにおける出射光の輝度分布を模式的に示す。図１３Ａ、図１３Ｂには、偏光導光板の一部を、導光体１０の第１の端面（光源が設けられた端面）および１／４波長板１１の出射面１１ａに垂直な平面で切断した断面が示されており、図面に向かって右側に第１の端面（不図示）が配置されている。
【０１６４】
図１３Ａに示した構成（屈折部１３が等間隔に配置されたもの）においては、第１の端面側に近いほど、多くの出射光１００および導光光１０１が生成される。このため、１／４波長板１１の出射面１１ａから出射される光の輝度は、第１の端面側に近いほど大きくなる。
【０１６５】
一方、図１３Ｂに示した構成（第１の端面から離れるにしたがって屈折部１３の間隔を広くしたもの）においては、第１の端面側は、屈折部１３の間隔が小さい。このため、第１の端面側では、反射層１２からの反射光１０２（図１３Ａの構成では、反射光１０２は出射光となる。）は、屈折部１３の側面に入射し、屈折部１３の１／４波長板１１の出射面１１ａ側の面から出射される。この屈折部１３から出射された光は、その後、導光光１０１となって、１／４波長板１１の出射面１１ａと反射層１２にて反射され、導光体１０内を伝播する。
【０１６６】
屈折部１３の間隔は第１の端面から離れるにしたがって大きくなっているので、屈折部１３の側面（第１の端面側の側面）に入射する反射光１０２の量も、第１の端面から離れるにしたがって小さくなる。この結果、出射面１１ａから出射される光の輝度分布は、図１３Ａの構成よりも均一なものとなる。
【０１６７】
なお、図１３Ａおよび図１３Ｂに示した構成では、屈折部１３が一方向に配置されているが、屈折部１４が一方向に配置されたものや、屈折部１３および屈折部１４が交互に一方向に配置されたものについても、上記同様の出射光の輝度分布の均一化を行うことができる。
【０１６８】
また、屈折部１３、１４を、第１の端面から離れるにしたがって徐々に大きくすることでも、出射光の輝度分布の均一化を行うことができる。この場合、屈折部１３、１４の大きさは、屈折部の長さ、幅、高さのいずれか１つまたはそれらのうちの２つ以上で規定される。
【０１６９】
さらに、第１の端面から離れるにしたがって屈折部１３、１４の間隔を徐々に広くする手法と、第１の端面から離れるにしたがって屈折部１３、１４を徐々に大きくする手法とを組み合わせることで、出射光の輝度分布をさらに均一なものにすることができる。
【０１７０】
また、本実施形態の偏光導光板では、図３Ａおよび図４Ａに示したように、１／４波長板１１の出射面１１ａから出射される光は、出射面１１ａの垂線に対して傾きを有する。出射面１１ａに垂直な方向に光を出射するために、プリズムシートを用いてもよい。
【０１７１】
図１４Ａに、プリズムシートを用いた構成を示す。図１４Ａに示すように、プリズムシート１５が持つ複数の頂点が、１／４波長板１１の出射面１１ａと対向するように設けられている。
【０１７２】
図１４Ｂに示すように、プリズムシート１５は、断面形状が三角形のプリズム面１５ａが２次元に配置されたものである。プリズム面１５ａの頂角は、出射面１１ａから出射される光の角度（例えば、図３Ａおよび図４Ａに示した出射角β）に基づいて決定される。
【０１７３】
例えば、導光体１０の屈折率ｎ０が１．５０であり、屈折部１３の屈折率ｎ１、ｎ２がそれぞれ１．５５、１．５０であり、屈折部１４の屈折率ｎ１’、ｎ２’がそれぞれ１．４５、１．５０である場合、出射角βは、６７°より大きく、９０°より小さい。この場合、プリズムシート１５の屈折率を１．５０とすると、プリズム面１５ａの頂角は７０°である。
【０１７４】
図１４Ｂに示すように、頂角７０°のプリズム面１５ａを有するプリズムシート１５は、プリズム面１５ａの三角形状の一辺を形成する面に平行な面と、出射面１１ａとのなす角度δが、５５°となるように、出射面１１ａ上に配置される。この配置によれば、出射面１１ａに垂直な方向を基準として、出射角の角度広がり±１２°の出射光を得ることができる。
【０１７５】
また、本実施形態の偏光導光板では、１／４波長板１１の出射面１１ａから出射される光は円偏光である。偏光導光板の出射光として、第１または第２の偏光光（具体的は、Ｓ偏光光またはＰ偏光光）を得るために、１／４波長板１１の出射面１１ａから出射された光の進行方向に別の１／４波長板を配置してもよい。
【０１７６】
図１５に、別の１／４波長板を備える構成を示す。図１５において、１／４波長板１６以外は、図１４Ａに示したものと同じである。１／４波長板１６は、プリズムシート１５の、１／４波長板１１側の面とは反対の面に対向するように設けられている。
【０１７７】
図１５に示した構成によれば、１／４波長板１１から出射された円偏光の光は、プリズムシート１５を通過後、１／４波長板１６を通過する。第１の偏光光が１／４波長板１１を通過するように偏光導光板を構成した場合、第２の偏光光が１／４波長板１６から出射される。反対に、第２の偏光光が１／４波長板１１を通過するように偏光導光板を構成した場合、第１の偏光光が１／４波長板１６から出射される。このように、偏光導光板の出射光として、第１または第２の偏光光（具体的は、Ｓ偏光光またはＰ偏光光）を得ることができる。
【０１７８】
次に、本実施形態の偏光導光板の作製方法について説明する。
【０１７９】
まず、屈折部１３、１４となる領域に凹部を有する導光体を作成する。導光体は、金型成形、切削加工等に作成することができる。
【０１８０】
次に、導光体の凹部が形成された面と反射層（反射板）の一方の面に配向膜を塗布し、配向処理を行う。次に、ＵＶ硬化型液晶モノマーを、スクリーン印刷により凹部に埋め込む。その後、導光体の凹部が形成された面と反射層の一方の面を貼り合わせる。
【０１８１】
貼り合わせた導光体および反射層を加熱した後、冷却し、ＵＶ硬化型液晶モノマーを配向させる。最後に、ＵＶ光を照射して、配向したＵＶ硬化型液晶モノマーを硬化させた後、１／４波長板を、導光体の反射層とは反対側の面に貼り付ける。これにより、第１の実施形態の偏光導光板を得る。
【０１８２】
（第２の実施形態）
図１６は、本発明の第２の実施形態である偏光導光板の構成を示す模式図である。
【０１８３】
本実施形態の偏光導光板では、複数の屈折部１３、１４が導光体１０内部に設けられており、これ以外の構成は、第１の実施形態の構成と同じである。
【０１８４】
本実施形態においても、屈折部１３は、ｎ1＞ｎ2、かつ、ｎ2＝ｎ0の屈折率条件を満たし、屈折部１４は、ｎ1’＜ｎ2’、かつ、ｎ2’＝ｎ0の屈折率条件を満たす。
【０１８５】
屈折部１３、１４は、１／４波長板１１と対向するように、導光体１０内部に周期的に配置されており、少なくとも一方向において、屈折部１３、１４は交互に配置されている。これら屈折部１３、１４の配置は、第１の実施形態で説明したとおりである。
【０１８６】
次に、本実施形態の偏光導光板の動作について説明する。
【０１８７】
本実施形態の偏光導光板においても、第１の実施形態と同様、光源から導光体１０の第１の端面に入射した光（非偏光光）は、その一部が１／４波長板１１の出射面１１ａおよび反射層１２の間で反射されるとともに、導光体１０内を第１の端面と対向する第２の端面の方へ向かって伝播する。この伝播過程において、光の一部が屈折部１３、１４に入射する。
【０１８８】
屈折部１３、１４は、第１の偏光光を出射面１１ａから出射するための出射条件と、１／４波長板１１の出射面１１ａおよび反射層１２との間で第１および第２の偏光光を導光させるための導光条件を満たすように構成されているが、互いの条件は異なる。
【０１８９】
まず、屈折部１３の導光条件および出射条件について説明する。
【０１９０】
図１７Ａは、第１の偏光光に対する屈折部１３の出射条件を説明するための図であって、図１６に示した偏光導光板の一部を、導光体１０の第１の端面（光源が設けられた端面）および１／４波長板１１の出射面１１ａに垂直な平面で切断した断面の模式図である。
【０１９１】
屈折部１３において、１／４波長板１１側に位置する面１３ａに対して、面１３ａとのなす角度φ０で入射した第１の偏光光は、角度θ１で屈折し、面１３ａと対向する面１３ｂから出射される。ここで、第１の偏光光の面１３ａに対する入射角度は「９０°−φ０」で与えられる。第１の偏光光の面１３ｂに対する入射角度は、「９０°−θ１」で与えられる。
【０１９２】
面１３ｂから出射された第１の偏光光は、反射層１２にて反射され、再び面１３ｂから導光体１０内に入射する。ここで、反射層１２で反射された第１の偏光光の、面１３ｂに対する入射角度は、臨界角より小さい。
【０１９３】
面１３ｂから導光体１０内に入射した第１の偏光光は、側面１３ｃに到達する。面１３ｂから入射した第１の偏光光の、側面１３ｃに対する入射角度θ２は、臨界角より小さい。このため、側面１３ｃに入射した第１の偏光光は、角度φ１で屈折して、導光体１０の面１０ａに到達する。
【０１９４】
１／４波長板１１の屈折率は、導光体１０の屈折率にほぼ等しいことから、側面１３ｃからの第１の偏光光は、屈折することなく、面１０ａを通過して１／４波長板１１の出射面１１ａに到達する。面１０ａを通過した第１の偏光光は、１／４波長板１１を１度通過することになるので、出射面１１ａに到達する光は円偏光の光である。
【０１９５】
出射面１１ａに入射する円偏光の光の入射角度（９０°−φ１）が臨界角より小さい場合、円偏光の光は、出射面１１ａから出射角βで出射される。
【０１９６】
このように、屈折部１３において、面１３ａから入射して面１３ｂから出射し、その後、面１３ｂから入射して側面１３ｃから出射されるという条件（出射条件）を満たす第１の偏光光は、１／４波長板１１にて円偏光の光に変換された後、出射面１１ａから出射される。
【０１９７】
また、図１７Ａに示すように、面１３ａから屈折部１３内に入射し、側面１３ｃから出射される第１の偏光光が、反射層１２にて反射された後、１／４波長板１１を通過して出射面１１ａから出射されるという条件も、出射条件として成立する。
【０１９８】
図１７Ｂは、第１の偏光光に対する屈折部１３の第１の導光条件を説明するための図であって、図１６に示した偏光導光板の一部を、導光体１０の第１の端面および１／４波長板１１の出射面１１ａに垂直な平面で切断した断面の模式図である。
【０１９９】
屈折部１３において、面１３ａに対して、面１３ａとのなす角度φ０で入射した第１の偏光光は、角度θ１で屈折して、面１３ｂから出射される。面１３ｂから出射された第１の偏光光は、反射層１２にて反射された後、導光体１０の面１０ａに到達する。反射層１２で反射された第１の偏光光の反射層１２に対する角度は上記の角度φ０と同じである。
【０２００】
１／４波長板１１の屈折率は、導光体１０の屈折率にほぼ等しいことから、反射層１２からの第１の偏光光は、屈折することなく、面１０ａを通過して、１／４波長板１１の出射面１１ａに到達する。面１０ａを通過した第１の偏光光は、１／４波長板１１を１度通過することになるので、出射面１１ａに到達する光は円偏光の光である。
【０２０１】
出射面１１ａに入射する円偏光の光の入射角度（９０°−φ０）は、臨界角より大きい。よって、円偏光の光は、出射面１１ａにて導光体１０の方向へ反射される。出射面１１ａで反射された円偏光の光は、１／４波長板１１を通過することになるので、導光体１０の面１０ａに入射する光は、第２の偏光光である。面１０ａから入射した第２の偏光光は、導光体１０を伝播する。
【０２０２】
このように、屈折部１３において、面１３ａから入射して面１３ｂから出射し、反射層１２にて反射された後、導光体１０の面１０ａに到達するという第１の導光条件を満たす第１の偏光光は、出射面１１ａからは出射されず、１／４波長板１１にて第２の偏光光に変換された後、導光体１０を伝播する。
【０２０３】
図１７Ｃは、第１の偏光光に対する屈折部１３の第２の導光条件を説明するための図であって、図１６に示した偏光導光板の一部を、導光体１０の第１の端面および１／４波長板１１の出射面１１ａに垂直な平面で切断した断面の模式図である。
【０２０４】
屈折部１３において、面１３ａに対して、面１３ａとのなす角度φ０で入射した第１の偏光光は、角度θ１で屈折して面１３ｂから出射される。面１３ｂから出射された第１の偏光光は、反射層１２にて反射され、再び面１３ｂから導光体１０内に入射する。
【０２０５】
面１３ｂから導光体１０内に入射した第１の偏光光は、面１３ａに到達する。面１３ｂから入射した第１の偏光光の、面１３ａに対する入射角度（θ１に同じ）は、臨界角より小さい。このため、面１３ａに入射した第１の偏光光は、角度φ０で屈折して、導光体１０の面１０ａに到達する。ここで、面１３ａから出射した第１の偏光光の、面１３ａとのなす角度はφ０である。
【０２０６】
１／４波長板１１の屈折率は、導光体１０の屈折率にほぼ等しいことから、面１３ａからの第１の偏光光は、屈折することなく、面１０ａを通過して、１／４波長板１１の出射面１１ａに到達する。面１０ａを通過した第１の偏光光は、１／４波長板１１を１度通過することになるので、出射面１１ａに到達する光は円偏光の光である。
【０２０７】
出射面１１ａに入射する円偏光の光の入射角度（９０°−φ０）は、臨界角より大きい。よって、円偏光の光は、出射面１１ａにて導光体１０の方向へ反射される。出射面１１ａで反射された円偏光の光は、１／４波長板１１を通過することになるので、導光体１０の面１０ａに入射する光は、第２の偏光光である。面１０ａから入射した第２の偏光光は、導光体１０を伝播する。
【０２０８】
このように、屈折部１３において、面１３ａから入射して面１３ｂから出射し、その後、面１３ｂから入射して面１３ａから出射されるという第２の導光条件を満たす第１の偏光光は、出射面１１ａからは出射されず、１／４波長板１１にて第２の偏光光に変換された後、導光体１０を伝播する。
【０２０９】
図１７Ｄは、第１の偏光光に対する屈折部１３の第３の導光条件を説明するための図であって、図１６に示した偏光導光板の一部を、導光体１０の第１の端面および１／４波長板１１の出射面１１ａに垂直な平面で切断した断面の模式図である。
【０２１０】
屈折部１３において、側面１３ｄに対して、入射角度φ０で入射した第１の偏光光は、角度θ１で屈折して、面１３ｂから出射される。ここで、第１の偏光光の面１３ｂに対する入射角度は、「９０°−θ１」で与えられる。
【０２１１】
面１３ｂから出射された第１の偏光光は、反射層１２にて反射され、再び面１３ｂから導光体１０内に入射する。
【０２１２】
面１３ｂから導光体１０内に入射した第１の偏光光は、面１３ａに到達する。面１３ｂから入射した第１の偏光光の、面１３ａに対する入射角度（θ１に同じ）は、臨界角より小さい。このため、面１３ａに入射した第１の偏光光は、角度φ０で屈折して、導光体１０の面１０ａに到達する。ここで、面１３ａから出射した第１の偏光光の、面１３ａとのなす角度はφ０である。
【０２１３】
１／４波長板１１の屈折率は、導光体１０の屈折率にほぼ等しいことから、面１３ａからの第１の偏光光は、屈折することなく、面１０ａを通過して、１／４波長板１１の出射面１１ａに到達する。面１０ａを通過した第１の偏光光は、１／４波長板１１を１度通過することになるので、出射面１１ａに到達する光は円偏光の光である。
【０２１４】
出射面１１ａに入射する円偏光の光の入射角度（９０°−φ０）は、臨界角より大きい。よって、円偏光の光は、出射面１１ａにて導光体１０の方向へ反射される。出射面１１ａで反射された円偏光の光は、１／４波長板１１を通過することになるので、導光体１０の面１０ａに入射する光は、第２の偏光光である。面１０ａから入射した第２の偏光光は、導光体１０を伝播する。
【０２１５】
このように、屈折部１３において、側面１３ｄから入射して面１３ｂから出射し、その後、面１３ｂから入射して面１３ａから出射されるという第３の導光条件を満たす第１の偏光光は、出射面１１ａからは出射されず、１／４波長板１１にて第２の偏光光に変換された後、導光体１０を伝播する。
【０２１６】
図１７Ｅは、第１の偏光光に対する屈折部１３の第４の導光条件を説明するための図であって、図１６に示した偏光導光板の一部を、導光体１０の第１の端面および１／４波長板１１の出射面１１ａに垂直な平面で切断した断面の模式図である。
【０２１７】
屈折部１３において、側面１３ｄに対して、入射角度φ０で入射した第１の偏光光は、角度θ１で屈折して、面１３ｂから出射される。ここで、第１の偏光光の面１３ｂに対する入射角度は、「９０°−θ１」で与えられる。
【０２１８】
面１３ｂから出射された第１の偏光光は、反射層１２にて反射された後、導光体１０の面１０ａに到達する。反射層１２で反射された第１の偏光光の反射層１２に対する角度はφ１である。
【０２１９】
１／４波長板１１の屈折率は、導光体１０の屈折率にほぼ等しいことから、反射層１２からの第１の偏光光は、屈折することなく、面１０ａを通過して、１／４波長板１１の出射面１１ａに到達する。面１０ａを通過した第１の偏光光は、１／４波長板１１を１度通過することになるので、出射面１１ａに到達する光は円偏光の光である。
【０２２０】
出射面１１ａに入射する円偏光の光の入射角度（９０°−φ１）は、臨界角より大きい。よって、円偏光の光は、出射面１１ａにて導光体１０の方向へ反射される。出射面１１ａで反射された円偏光の光は、１／４波長板１１を通過することになるので、導光体１０の面１０ａに入射する光は、第２の偏光光である。面１０ａから入射した第２の偏光光は、導光体１０を伝播する。
【０２２１】
このように、屈折部１３において、側面１３ｄから入射して面１３ｂから出射し、反射層１２にて反射された後、導光体１０の面１０ａに到達するという第４の導光条件を満たす第１の偏光光は、出射面１１ａからは出射されず、１／４波長板１１にて第２の偏光光に変換された後、導光体１０を伝播する。
【０２２２】
図１７Ｆは、第１の偏光光に対する屈折部１３の第５の導光条件を説明するための図であって、図１６に示した偏光導光板の一部を、導光体１０の第１の端面および１／４波長板１１の出射面１１ａに垂直な平面で切断した断面の模式図である。
【０２２３】
屈折部１３において、側面１３ｄに対して、入射角度φ０で入射した第１の偏光光は、角度θ１で屈折して、面１３ｂから出射される。面１３ｂから出射された第１の偏光光は、反射層１２にて反射され、再び面１３ｂから導光体１０内に入射する。
【０２２４】
面１３ｂから導光体１０内に入射した第１の偏光光は、側面１３ｃに到達する。面１３ｂから入射した第１の偏光光の、側面１３ｃに対する入射角度（θ１に同じ）は、臨界角より小さい。このため、側面１３ｃに入射した第１の偏光光は、角度φ０で屈折して、導光体１０の面１０ａに到達する。
【０２２５】
１／４波長板１１の屈折率は、導光体１０の屈折率にほぼ等しいことから、側面１３ｃからの第１の偏光光は、屈折することなく、面１０ａを通過して、１／４波長板１１の出射面１１ａに到達する。面１０ａを通過した第１の偏光光は、１／４波長板１１を１度通過していることになるので、出射面１１ａに到達する光は円偏光の光である。
【０２２６】
出射面１１ａに入射する円偏光の光の入射角度（９０°−φ０）は、臨界角より大きい。よって、円偏光の光は、出射面１１ａにて導光体１０の方向へ反射される。出射面１１ａで反射された円偏光の光は、１／４波長板１１を通過することになるので、この出射面１１ａから導光体１０に入射した光は、第２の偏光光である。面１０ａから入射した第２の偏光光は、導光体１０を伝播する。
【０２２７】
このように、屈折部１３において、側面１３ｄから入射して面１３ｂから出射し、その後、面１３ｂから入射して側面１３ｃから出射されるという第５の導光条件を満たす第１の偏光光は、出射面１１ａからは出射されず、１／４波長板１１にて第２の偏光光に変換された後、導光体１０を伝播する。
【０２２８】
次に、屈折部１４の導光条件および出射条件について説明する。
【０２２９】
図１８Ａは、第１の偏光光に対する屈折部１４の第１の出射条件を説明するための図であって、図１６に示した偏光導光板の一部を、導光体１０の第１の端面（光源が設けられた端面）および出射面１１ａに垂直な平面で切断した断面の模式図である。
【０２３０】
屈折部１４において、側面１４ｄに、入射角度φ０で入射した第１の偏光光は、角度θ１’で屈折し、面１４ｂから出射される。ここで、第１の偏光光の面１４ｂに対する入射角度は、「９０°−θ１’」で与えられる。
【０２３１】
面１４ｂから出射された第１の偏光光は、反射層１２にて反射され、その後、再び、面１４ｂから屈折部１４内に入射し、面１４ａに到達する。面１４ｂから入射した第１の偏光光の面１４ａに対する入射角度θ２’は、臨界角より小さい。このため、第１の偏光光は、角度φ１’で屈折して、面１４ａから出射し、その後、面１０ａに到達する。
【０２３２】
１／４波長板１１の屈折率は、導光体１０の屈折率にほぼ等しいことから、面１４ａからの第１の偏光光は、屈折することなく、面１０ａを通過して１／４波長板１１の出射面１１ａに到達する。面１０ａを通過した第１の偏光光は、１／４波長板１１を一度通過することになるので、出射面１１ａに到達する光は円偏光の光である。
【０２３３】
出射面１１ａに入射する円偏光の光の入射角度（９０°−φ１’）が臨界角より小さい場合は、円偏光の光は、出射面１１ａから出射角βで出射される。
【０２３４】
このように、屈折部１４において、側面１４ｄから入射して面１４ｂから出射し、その後、面１４ｂから入射して面１４ａから出射されるという第１の出射条件を満たす第１の偏光光は、１／４波長板１１にて円偏光の光に変換された後、出射面１１ａから出射される。
【０２３５】
また、図１８Ａに示すように、側面１４ｄから屈折部１４内に入射し、面１４ａから出射される第１の偏光光が、１／４波長板１１を通過して出射面１１ａから出射されるという条件も、出射条件として成立する。
【０２３６】
図１８Ｂは、第１の偏光光に対する屈折部１４の第２の出射条件を説明するための図であって、図１６に示した偏光導光板の一部を、導光体１０の第１の端面および出射面１１ａに垂直な平面で切断した断面の模式図である。
【０２３７】
屈折部１４において、側面１４ｄに対して、入射角度φ０で入射した第１の偏光光は、角度θ１’で屈折して、面１４ｂから出射される。ここで、第１の偏光光の面１４ｂに対する入射角度は、「９０°−θ１’」で与えられる。
【０２３８】
面１４ｂから出射された第１の偏光光は、反射層１２にて反射された後、導光体１０の面１０ａに到達する。反射層１２で反射された第１の偏光光の反射層１２に対する角度はφ１’である。
【０２３９】
１／４波長板１１の屈折率は、導光体１０の屈折率にほぼ等しいことから、反射層１２からの第１の偏光光は、屈折することなく、面１０ａを通過して１／４波長板１１の出射面１１ａに到達する。面１０ａを通過した第１の偏光光は、１／４波長板１１を一度通過することになるので、出射面１１ａに到達する光は円偏光の光である。
【０２４０】
出射面１１ａに入射する円偏光の光の入射角度（９０°−φ１’）が臨界角より小さい場合、円偏光の光は、出射面１１ａから出射角βで出射される。
【０２４１】
このように、屈折部１４において、側面１４ｄから入射して面１４ｂから出射し、その後、反射層１２で反射されて面１０ａに到達するという第２の出射条件を満たす第１の偏光光は、１／４波長板１１にて円偏光の光に変換された後、出射面１１ａから出射される。
【０２４２】
図１８Ｃは、第１の偏光光に対する屈折部１４の第１の導光条件を説明するための図であって、図１６に示した偏光導光板の一部を、導光体１０の第１の端面および１／４波長板１１の出射面１１ａに垂直な平面で切断した断面の模式図である。
【０２４３】
屈折部１４において、側面１４ｄに、入射角度φ０で入射した第１の偏光光は、角度θ１’で屈折し、面１４ｂから出射される。ここで、第１の偏光光の面１４ｂに対する入射角度は、「９０°−θ１’」で与えられる。
【０２４４】
面１４ｂから出射された第１の偏光光は、反射層１２にて反射され、その後、再び面１４ｂから屈折部１４内に入射する。面１４ｂから入射した第１の偏光光は、側面１４ｃに到達する。第１の偏光光の、側面１４ｃに対する入射角度（θ１’に同じ）は、臨界角より小さい。このため、第１の偏光光は、側面１４ｃから出射するとともに、角度φ０で屈折する。側面１４ｃから出射した第１の偏光光は、導光体１０の面１０ａに到達する。
【０２４５】
１／４波長板１１の屈折率は、導光体１０の屈折率にほぼ等しいことから、側面１４ｃからの第１の偏光光は、屈折することなく、面１０ａを通過して、１／４波長板１１の出射面１１ａに到達する。面１０ａを通過した第１の偏光光は、１／４波長板１１を一度通過することになるので、出射面１１ａに到達する光は円偏光の光である。
【０２４６】
出射面１１ａに入射する円偏光の光の入射角度（９０°−φ０）は、臨界角より大きい。よって、円偏光の光は、出射面１１ａにて導光体１０の方向へ反射される。出射面１１ａで反射された円偏光の光は、再び１／４波長板１１を通過することになるので、この出射面１１ａから面１０ａに入射した光は、第２の偏光光である。面１０ａから入射した第２の偏光光は、導光体１０を伝播する。
【０２４７】
このように、屈折部１４において、側面１４ｄから入射して面１４ｂから出射し、その後、面１４ｂから入射して側面１４ｃから出射されるという第１の導光条件を満たす第１の偏光光は、出射面１１ａからは出射されず、１／４波長板１１にて第２の偏光光に変換された後、導光体１０を伝播する。
【０２４８】
図１８Ｄは、第１の偏光光に対する屈折部１４の第２の導光条件を説明するための図であって、図１６に示した偏光導光板の一部を、導光体１０の第１の端面および１／４波長板１１の出射面１１ａに垂直な平面で切断した断面の模式図である。
【０２４９】
屈折部１４において、面１４ａに対して、面１４ａとのなす角度φ０で入射した第１の偏光光は、角度θ１’で屈折して、面１４ｂから出射される。ここで、第１の偏光光の面１４ａに対する入射角度は、「９０°−φ０」で与えられる。
【０２５０】
面１４ｂから出射された第１の偏光光は、反射層１２にて反射される。反射層１２で反射された第１の偏光光は、再び面１４ｂから屈折部１４内に入射する。面１４ｂから入射した第１の偏光光は、入射角度θ２’で側面１４ｃに入射する。入射角度θ２’は、臨界角より小さい。このため、側面１４ｃに入射した第１の偏光光は、側面１４ｃから出射されるとともに、角度φ１’で屈折して、面１０ａに到達する。
【０２５１】
１／４波長板１１の屈折率は、導光体１０の屈折率にほぼ等しいことから、側面１４ｃからの第１の偏光光は、屈折することなく、面１０ａを通過して１／４波長板１１の出射面１１ａに到達する。面１０ａを通過した第１の偏光光は、１／４波長板１１を一度通過することになるので、出射面１１ａに到達する光は円偏光の光である。
【０２５２】
出射面１１ａに入射する円偏光の光の入射角度（９０°−φ１’）は、臨界角より大きい。よって、円偏光の光は、出射面１１ａにて導光体１０の方向へ反射される。出射面１１ａで反射された円偏光の光は、１／４波長板１１を通過することになるので、導光体１０の面１０ａに入射する光は、第２の偏光光である。面１０ａから入射した第２の偏光光は、導光体１０を伝播する。
【０２５３】
このように、屈折部１４において、面１４ａから入射し、面１４ｂにて反射され、側面１４ｃから出射されるという第２の導光条件を満たす第１の偏光光は、出射面１１ａからは出射されず、１／４波長板１１にて第２の偏光光に変換された後、導光体１０を伝播する。
【０２５４】
図１８Ｅは、第１の偏光光に対する屈折部１４の第３の導光条件を説明するための図であって、図１６に示した偏光導光板の一部を、導光体１０の第１の端面および１／４波長板１１の出射面１１ａに垂直な平面で切断した断面の模式図である。
【０２５５】
屈折部１４において、面１４ａに対して、面１４ａとのなす角度φ０で入射した第１の偏光光は、角度θ１’で屈折して、面１４ｂから出射される。ここで、第１の偏光光の面１４ａに対する入射角度は、「９０°−φ０」で与えられる。
【０２５６】
面１４ｂから出射された第１の偏光光は、反射層１２にて反射された後、導光体１０の面１０ａに到達する。反射層１２で反射された第１の偏光光の反射層１２に対する角度はφ０である。
【０２５７】
１／４波長板１１の屈折率は、導光体１０の屈折率にほぼ等しいことから、反射層１２からの第１の偏光光は、屈折することなく、面１０ａを通過して１／４波長板１１の出射面１１ａに到達する。面１０ａを通過した第１の偏光光は、１／４波長板１１を一度通過することになるので、出射面１１ａに到達する光は円偏光の光である。
【０２５８】
出射面１１ａに入射する円偏光の光の入射角度（＝９０°−φ０）は、臨界角より大きい。よって、円偏光の光は、出射面１１ａにて導光体１０の方向へ反射される。出射面１１ａで反射された円偏光の光は、１／４波長板１１を通過することになるので、導光体１０の面１０ａに入射する光は、第２の偏光光である。面１０ａから入射した第２の偏光光は、導光体１０を伝播する。
【０２５９】
このように、屈折部１４において、面１４ａから入射し、面１４ｂにて反射され、側面１４ｃから出射されるという第２の導光条件を満たす第１の偏光光は、出射面１１ａからは出射されず、１／４波長板１１にて第２の偏光光に変換された後、導光体１０を伝播する。
【０２６０】
図１８Ｆは、第１の偏光光に対する屈折部１４の第４の導光条件を説明するための図であって、図１６に示した偏光導光板の一部を、導光体１０の第１の端面および１／４波長板１１の出射面１１ａに垂直な平面で切断した断面の模式図である。
【０２６１】
屈折部１４において、面１４ａに対して、面１４ａとのなす角度φ０で入射した第１の偏光光は、角度θ１’で屈折して、面１４ｂから出射される。ここで、第１の偏光光の面１４ａに対する入射角度は、「９０°−φ０」で与えられる。
【０２６２】
面１４ｂから出射された第１の偏光光は、反射層１２にて反射される。反射層１２で反射された第１の偏光光は、再び面１４ｂから屈折部１４内に入射する。面１４ｂから入射した第１の偏光光は、面１４ａから出射され、その後、面１０ａに到達する。ここで、面１４ａから出射された第１の偏光光の面１４ａに対する角度はφ０である。
【０２６３】
１／４波長板１１の屈折率は、導光体１０の屈折率にほぼ等しいことから、面１４ａからの第１の偏光光は、屈折することなく、面１０ａを通過して１／４波長板１１の出射面１１ａに到達する。面１０ａを通過した第１の偏光光は、１／４波長板１１を一度通過することになるので、出射面１１ａに到達する光は円偏光の光である。
【０２６４】
出射面１１ａに入射する円偏光の光の入射角度（９０°−φ０）は、臨界角より大きい。よって、円偏光の光は、出射面１１ａにて導光体１０の方向へ反射される。出射面１１ａで反射された円偏光の光は、１／４波長板１１を通過することになるので、導光体１０の面１０ａに入射する光は、第２の偏光光である。面１０ａから入射した第２の偏光光は、導光体１０を伝播する。
【０２６５】
このように、屈折部１４において、面１４ａから入射し、面１４ｂにて反射され、側面１４ｃから出射されるという第４の導光条件を満たす第１の偏光光は、出射面１１ａからは出射されず、１／４波長板１１にて第２の偏光光に変換された後、導光体１０を伝播する。
【０２６６】
図１８Ｇは、第１の偏光光に対する屈折部１４の第５の導光条件を説明するための図であって、図１６に示した偏光導光板の一部を、導光体１０の第１の端面および１／４波長板１１の出射面１１ａに垂直な平面で切断した断面の模式図である。
【０２６７】
屈折部１４において、第１の偏光光が、面１４ａに対して、面１４ａとのなす角度φで入射する。ここで、第１の偏光光の面１４ａに対する入射角度は、「９０°−φ」で与えられる。第１の偏光光は、面１４ａで反射される。
【０２６８】
面１４ａで反射された第１の偏光光は、導光体１０の面１０ａに到達する。１／４波長板１１の屈折率は、導光体１０の屈折率にほぼ等しいことから、面１４ａからの第１の偏光光は、屈折することなく、面１０ａを通過して、１／４波長板１１の出射面１１ａに到達する。面１０ａを通過した第１の偏光光は、１／４波長板１１を一度通過することになるので、出射面１１ａに到達する光は円偏光の光である。
【０２６９】
出射面１１ａに入射する円偏光の光の入射角度（９０°−φ）は、臨界角より大きい。よって、円偏光の光は、出射面１１ａにて導光体１０の方向へ反射される。出射面１１ａで反射された円偏光の光は、１／４波長板１１を通過することになるので、導光体１０の面１０ａに入射する光は、第２の偏光光である。面１０ａから入射した第２の偏光光は、導光体１０を伝播する。
【０２７０】
このように、屈折部１４において、面１４ａで反射されるという第５の導光条件を満たす第１の偏光光は、出射面１１ａからは出射されず、１／４波長板１１にて第２の偏光光に変換された後、導光体１０を伝播する。
【０２７１】
以上説明した本実施形態の偏光導光板によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０２７２】
また、本実施形態においても、屈折部１３、１４の大きさや間隔や、屈折部１３、１４の配置の仕方（一次元配置、二次元配置）などに関し、第１の実施形態と同様の変形を行うことができる。
【０２７３】
さらに、本実施形態においても、プリズムシートや別の１／４波長板などに関し、第１の実施形態と同様の変形を行うことができる。
【０２７４】
次に、本実施形態の偏光導光板の作製手順について説明する。
【０２７５】
第１の実施形態の偏光導光板の作製手順の、凹部の形成工程を変更することで、本実施形態の偏光導光板を作製することができる。具体的には、第１の導光体の表面の、屈折部１３、１４となる領域に、凹部を形成し、ＵＶ硬化型液晶モノマーを、スクリーン印刷により凹部に埋め込む。そして、第１の導光体の凹部が形成された面と第２の導光体の一方の面とを貼り合わせる。他の工程は、第１の実施形態の場合と同じである。
【０２７６】
以上説明した各実施形態の偏光導光板は、本発明の一例であり、その構成は、適宜に変更することができる。例えば、第２の実施形態の偏光導光板において、図１９に示すように、偏光導光板を光源が設けられる端面および１／４波長板１１の出射面のそれぞれと直交する平面で切断した場合の、導光体１０の断面形状がくさび型であってもよい。このくさび型の導光体１０は、光源側が厚くなっており、光源側の端面から離れるにしたがって徐々に薄くなるように構成されている。この構成によれば、１／４波長板１１の出射面と反射層１２の間で反射されて導光体１０を伝播する光の、屈折部１３、１４への入射角度を変化させることができる。これにより、図１６に示した構造に比較して、屈折部１３、１４の出射条件を満たす光を効率良く得ることができる。
【０２７７】
上記のくさび型の導光体は、第１の実施形態の偏光導光板にも適用することができる。この場合は、屈折部１３、１４は、１／４波長板１１の出射面に対して傾きを有するが、屈折部１３、１４のそれぞれの傾きは同じである。したがって、この場合の１／４波長板１１の出射面から出射される光の角度広がりは、第１の実施形態で説明した場合と同じである。
【０２７８】
（照明装置）
次に、本発明の偏光導光板を備える照明装置について説明する。
【０２７９】
図２０に、本発明の偏光導光板を備える照明装置の断面構造の一例を示す。
【０２８０】
図２０に示す照明装置は、図１５に示した偏光導光板と、光源２０とからなる。この照明装置は、携帯電話機等の液晶表示装置や液晶プロジェクタに代表される投射型表示装置の照明装置として用いることができる。
【０２８１】
光源２０は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザー（ＬＤ）のような半導体光源、あるいは固体光源と呼ばれる光源であって、導光体１０の端面１０ｂと対向するように設けられている。光源２０からの光を導光体１０内に効率良く入射させることができるのであれば、光源２０は、端面１０ｂに対してどのように配置されてもよい。例えば、光源２０の発光部が端面１０ｂと近接して配置されてもよく、また、発光部と端面１０ｂの間に、発光部からの光を端面１０ｂに入射させるための光学部材（プリズムやレンズ）を配置してもよい。
【０２８２】
光源２０から出射した光（非偏光光）は、端面１０ｂから導光体１０内に入射する。光源２０から導光体１０の端面１０ｂに入射した光（非偏光光）は、１／４波長板１１の出射面１１ａおよび反射層１２の間で反射されるとともに、導光体１０内を端面１０ｂと対向する端面１０ｃの方へ向かって伝播する。この伝播過程において、光の一部が屈折部１３、１４に入射する。
【０２８３】
屈折部１３、１４において、出射条件を満たす第１の偏光光のみが１／４波長板１１を通過して出射面１１ａから出射される。この出射面１１ａからの出射光は、円偏光の光である。
【０２８４】
出射面１１ａから出射した円偏光の光は、プリズムシート１５および１／４波長板１６を通過する。プリズムシート１５によって、出射面１１ａからの出射光は、出射面１１ａに略垂直な方向に揃えられる。１／４波長板１６によって、プリズムシート１５を通過した円偏光の光が第２の偏光光に変換される。
【０２８５】
本照明装置によれば、屈折部１３、１４によって出射光の角度広がり（出射角）を、エテンデューの制約に基づく光利用可能な範囲内に収めることができる。よって、本照明装置を投射型表示装置に適用した場合において、特許文献１に記載の照明装置にて生じていたような発散光による迷光の問題は生じない。
【０２８６】
加えて、出射角の角度広がりを小さくすることができるので、本照明装置を携帯電話機等の液晶表示装置に適用した場合において、特許文献１に記載の照明装置にて生じていたような視野角依存性の問題は生じない。
【０２８７】
なお、本照明装置において、偏光導光板は図２０に示した構成に限定されない。偏光導光板は、第１および第２の実施形態で説明した偏光導光板やその変形例のいずれのものであってもよい。
【０２８８】
また、複数の光源２０が、端面１０ｂに対して設けられてもよい。
【０２８９】
さらに、端面１０ｂ、１０ｃの両方に、少なくとも１個の光源２０が設けられても良い。
【０２９０】
光源２０が端面１０ｂ、１０ｃの両方に設けられた構成において、くさび型の導光体１０を適用する場合、中央部（端面１０ｂと端面１０ｃの間の中間位置）の厚さが最も薄く、端面１０ｂ、１０ｃ側へいくほど厚さが徐々に増大するように、導光体１０を形成してもよい。
【０２９１】
加えて、上記の構成において、端面１０ｂ、１０ｃと中央部の間において、端面１０ｂ、１０ｃから離れるにしたがって、屈折部１３、１４の間隔を徐々に広くしたり、屈折部１３、１４を徐々に大きくしたりしてもよい。
【０２９２】
（投射型表示装置）
以上説明した本発明の偏光導光板を備える照明装置は、液晶プロジェクタに代表される投射型表示装置に適用することができる。
【０２９３】
図２１は、本発明の偏光導光板を備える照明装置を用いた投射型表示装置の構成を示す模式図である。図２１を参照すると、投射型表示装置は、照明装置３００〜３０２、表示素子である液晶素子３０３〜３０５、クロスダイクロイックミラー３０６および投射光学系３０７を有する。
【０２９４】
照明装置３００〜３０２はいずれも、前述した照明装置（２枚の１／４波長板を備えるもの）によって構成される。照明装置３００の光源として、青色ＬＥＤが用いられる。照明装置３０１の光源として、緑色ＬＥＤが用いられる。照明装置３０２の光源として、赤色ＬＥＤが用いられる。
【０２９５】
なお、照明装置３００〜３０２の偏光導光板として、１枚の１／４波長板を備えるものを使用した場合は、照明装置３００の出射面と液晶素子３０３との間、照明装置３０１の出射面と液晶素子３０４との間、および照明装置３０２の出射面と液晶素子３０５との間に、それぞれ別の１／４波長板が設けられる。
【０２９６】
照明装置３００から出射された青色の光は、液晶素子３０３に照射される。液晶素子３０３は、不図示の液晶駆動回路によって駆動され、外部から供給された映像信号に基づく青色用の画像を形成する。
【０２９７】
照明装置３０１から出射された緑色の光は、液晶素子３０４に照射される。液晶素子３０４は、不図示の液晶駆動回路によって駆動され、外部から供給された映像信号に基づく緑色用の画像を形成する。
【０２９８】
照明装置３０２から出射された赤色の光は、液晶素子３０５に照射される。液晶素子３０５は、不図示の液晶駆動回路によって駆動され、外部から供給された映像信号に基づく赤色用の画像を形成する。
【０２９９】
液晶素子３０３〜３０５によって形成された各色の画像光は、クロスダイクロイックミラー３０６を介して投射光学系３０７に入射する。投射光学系３０７は、液晶素子３０３〜３０５によって形成された各色の画像を不図示のスクリーン（またはスクリーンに代わる部材）上に投射する。
【０３００】
別の投射型表示装置は、本発明の偏光導光板の端面に、赤色、緑色および青色の各色の光源を備える照明装置を用いる。この場合、赤色、緑色および青色の所定の偏光（Ｐ偏光またはＳ偏光）の光（白色光に対応する）が照明装置から出射される。この照明装置からの出射光が表示素子（例えば液晶素子）に照射される。表示素子は、外部からの映像信号に基づく赤色、緑色および青色の画像を時分割で表示する。この時分割表示に同期して光源の発光タイミングを制御する。表示素子に形成された各色の画像が投射光学系によって投射される。
【０３０１】
本発明の偏光導光板およびそれを備える照明装置は、上述した投射型表示装置の他、液晶ディスプレイのバックライトとして用いることができる。
【０３０２】
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の構成および動作については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、当業者が理解し得る様々な変更を行うことができる。
【０３０３】
この出願は、２０１０年３月２６日に出願された日本出願特願２０１０−０７２９４５を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【図１】
2011118563.tif 000017
【図２】
2011118563.tif 000018
【図３Ａ】
2011118563.tif 000019
【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
2011118563.tif 000023
【図４Ｂ】
2011118563.tif 000024
【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
2011118563.tif 000027
【図５】
2011118563.tif 000028
【図６】
2011118563.tif 000029
【図７】
2011118563.tif 000030
【図８Ａ】
2011118563.tif 000031
【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
2011118563.tif 000033
【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
2011118563.tif 000035
【図１０Ｂ】
2011118563.tif 000036
【図１１Ａ】
2011118563.tif 000037
【図１１Ｂ】
2011118563.tif 000038
【図１２】
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【図１３Ａ】
2011118563.tif 000040
【図１３Ｂ】
2011118563.tif 000041
【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
2011118563.tif 000043
【図１５】
2011118563.tif 000044
【図１６】
2011118563.tif 000045
【図１７Ａ】
2011118563.tif 000046
【図１７Ｂ】
2011118563.tif 000047
【図１７Ｃ】
2011118563.tif 000048
【図１７Ｄ】
2011118563.tif 000049
【図１７Ｅ】
2011118563.tif 000050
【図１７Ｆ】
2011118563.tif 000051
【図１８Ａ】
2011118563.tif 000052
【図１８Ｂ】
2011118563.tif 000053
【図１８Ｃ】
2011118563.tif 000054
【図１８Ｄ】
2011118563.tif 000055
【図１８Ｅ】
2011118563.tif 000056
【図１８Ｆ】
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【図１８Ｇ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
2011118563.tif 000062
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